地質災害預測系統的製作方法
2023-05-18 02:18:26 2
地質災害預測系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種地質災害預測系統，所述系統包括傳感器模塊、傳輸模塊、監控模塊、計算模塊、顯示模塊，其中所述傳感器模塊，用於實時獲取地質環境數據；所述傳輸模塊，用於將獲取的所述地質環境數據通過網絡傳輸給監控模塊；所述監控模塊，用於接收所述傳輸模塊輸出的所述地質環境數據並將所述環境數據轉換為所述計算模塊識別的格式輸出給所述計算模塊；所述計算模塊，用於對所述環境數據進行計算，並得出地質環境結果，將所述地質環境結果輸出給所述顯示模塊；所述顯示模塊，用於將所述地質環境結果進行輸出，並基於所述地質環境結果輸出表徵地質環境的二維結果圖、三維結果圖。
【專利說明】
地質災害預測系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種地質災害預測系統。
【背景技術】
[0002]地質災害是指由於地質作用(自然的、人為的或綜合的)使地質環境產生的突發的或漸進的破壞，並造成人類生命財產損失的現象或事件。近年來泥石流、滑坡、地陷等地質災害頻發,給人們的生命和財產帶來了巨大的損失。如何應對各種地質災害,提高全社會的災害防治降低災害損失，是我們面臨的一項緊迫任務。現有的地質災害預測系統有的是通過衛星定位採集相關的資源信息並反饋到各個基站，各個基站把信息收集完成後，以航空影像為底圖，結合外業實地調查，對比不同時間拍攝的研究區的航拍圖像，對信息進行分析處理。也有的是在滑坡易發區裝上一臺系統專用的GPS，一旦土地有異動，GPS會將情況穿送到系統。以上系統只能監測研究區地質災害已發生的情況，不能做到提前預測。
【發明內容】
[0003]針對上述問題，本發明提供一種能精確的預測出地質災害發生的時間範圍、地理範圍的地質災害預測系統。
[0004]為達到上述目的，本發明地質災害預測系統，所述系統包括傳感器模塊、傳輸模塊、監控模塊、計算模塊、顯示模塊，其中
[0005]所述傳感器模塊，用於實時獲取地質環境數據；
[0006]所述傳輸模塊，用於將獲取的所述地質環境數據通過網絡傳輸給監控模塊；
[0007]所述監控模塊，用於接收所述監控模塊輸出的所述地質環境數據並將所述環境數據轉換為所述計算模塊識別的格式輸出給所述計算模塊；
[0008]所述計算模塊，用於對所述環境數據進行計算，並得出地質環境結果，將所述地質環境結果輸出給所述顯示模塊；
[0009]所述顯示模塊，用於將所述地質環境結果進行輸出，並基於所述地質環境結果輸出表徵地質環境的二維結果圖、三維結果圖。
[0010]進一步地，所述傳感器模塊包括位移傳感器、坡度傳感器、降雨量傳感器、土壤溫溼度傳感器、河面水位高度傳感器。
[0011]進一步地，所述傳輸模塊通過統一的網關設備採用GPRS的方式傳送到監控中心，所述傳感器模塊的傳感器為無線傳感器，所述無線傳感網絡的組網方案為Zigbee協議的自組網方案。
[0012]進一步地，所述計算模塊包括建立幾何模型單元、模型分層單元、邊界劃分單元、實體設置單元、網格劃分單元、輸入參數單元、數學模型選擇單元、求解計算單元、模型校正單元、參數靈敏度分析單元、結果輸出單元，其中
[0013]所述建立幾何模型單元，用於基於所述研究區水文地質條件、地形地貌建立相應的幾何模型；
[0014]所述模型分層單元，用於接收所述建立幾何模型單元輸出的幾何模型，並對所述幾何模型進行分層；
[0015]所述邊界劃分單元，用於基於研究區實際地形地貌、地質情況設置所述幾何模型邊界；
[0016]所述實體設置單元，用於表示一區域是否有河流、降雨量、蒸發，設置所述幾何模型的源匯項；
[0017]所述網格劃分單元，用於對所述幾何模型進行網格劃分；
[0018]所述輸入參數單元，用於接受所述監測模塊獲得的所述環境數據，將所述環境數據傳送至所述輸入參數單元；
[0019]所述數學模型選擇單元，用於基於要解決的地質災害類型，選擇數學模型單元類型；
[0020]所述求解計算模型單元，用於基於所述數學模型選擇單元選擇的所述數學模型單元，選擇所述求解計算單元對數學模型進行計算；
[0021]所述模型校正單元，用於將模擬結果與實測結果比較，進行參數調整，使模擬結果在預定的誤差範圍內與實測結果吻合；
[0022]所述參數靈敏度分析單元，用於基於參數值的時空分布、邊界條件不確定度的影響，確定不確定度對校正後的模型的影響程度；
[0023]所述結果輸出單元，用於將結果輸出至所述顯示單元進行顯示。本發明地質災害預測系統有益效果是:可以提高無線傳感網絡的傳輸效率，減少能耗；能夠隨時添加和移除節點，節點之間自動組網，維護成本小，易於工程施工；軟體能夠建立複雜模型，採用有限元網格劃分，計算結果精確，通過計算結果能提前預測地質災害發生的時間範圍、地理範圍，並給出防治解決方案，減輕地質災害帶來的生命財產損失。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1是本發明地質災害預測系統結構框架圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合說明書附圖對本發明做進一步的描述。
[0026]本發明地質災害預測系統是一種能動態採集數據，實現在無線網絡中傳輸，通過統一的網關設備採用GPRS的方式傳送到監控中心，通過⑶S (Geological DiagnoseSimulator,英文簡稱⑶S)軟體計算和預測,檢測中心實時監控可能存在的泥石流、滑坡、地陷等地質災害的系統。
[0027]本發明地質災害預測系統，用傳感器獲取的環境數據，通過節點在無線網絡中傳輸，通過統一的網關設備採用GPRS的方式傳送到監控中心。其中，無線傳感網絡的組網方案為Zigbee協議的自組網方案。該方案所使用的產品和技術相對成熟。Zigbee無線傳感器網絡，傳輸距離80?100米，能夠隨時添加和移除節點，節點之間自動組網，維護成本小，易於工程施工。同時⑶S軟體可建立有複雜邊界的模型，前處理採用有限元網格劃分，核心算法運行時間短，預測結果精確，並能將結果顯示成二維、三維圖形，準確形象的給出參數的分布情況。
[0028]如圖1所示，模塊I通過各種傳感器獲得環境數據，該傳感器供電設備採用的是蓄電池，結合風光互補發電機對其進行充電，避免了多次更換電池來補充能源的問題，該傳感器網絡協議採用Zigbee協議，該協議適應傳感器的低花費、低能量、高容錯性等要求，Zigbee協議數據傳輸可靠性高，安全性高。
[0029]模塊I通過5種傳感器獲得數據，分別是位移傳感器、坡度傳感器、降雨量傳感器、土壤溼度傳感器、河面水位高度傳感器。
[0030]位移傳感器量程範圍200mm，解析度0.0lmm,工作溫度-20-80°C，防護等級IP68。每個模型裡至少配4個位移傳感器，形成一個菱形檢測範圍，保證測量可靠的同時，能夠過濾環境局部震動等的幹擾信號。
[0031]坡度傳感器同時測量X/Y兩個方向傾斜變化，從而通過計算可得出該點的傾斜方向與傾斜角度，測量角度範圍±30°，解析度為0.01°，工作溫度範圍-20°C到80°C。
[0032]雨量計傳感器測量範圍4mm/min,降雨強度0.l-7mm/min,解析度0.2mm,工作溫度O?80°C，為雙翻鬥式傳感器，可靠性較高。
[0033]土壤溼度傳感器通過測量土壤的介電常數，從而得到土壤容積含水量，簡便安全、快速準確、定點連續、自動化、寬量程、少標定，量程為0-100%，測量精度+3%，誤差〈1%，工作電壓5-12V，響應時間<ls，工作溫度範圍-30-70°C。
[0034]河面水位高度傳感器是一個全自動的，由電池供電，不鏽鋼製造的用於長時間記錄水位和溫度信息的裝置，為了保證長期潛水作業，電子部分和電池均被安裝在一個密封的不鏽鋼管中，如果要從中讀取數據，潮位計必須從水中取出。量程為50m，解析度
0.0025%F.S，測量溫度範圍為-10-40°C，測量間隔大於等於1S，供電池3.6V。
[0035]現有技術主要是通過GPRS、無人機、衛星定位技術等航空攝影系統完成研究區航拍任務，獲取航空影像，來採集研究區地理信息。該方法收集到的信息存在單一系統在特定區域因可視衛星數目不足或幾何圖形較差而導致定位精度不高甚至無法定位的現狀。
[0036]模塊I傳感器供電設備採用的是蓄電池，結合風光互補發電機對其進行充電。供電系統有較高的穩定性和可靠性，維護管理方便，是環境友好型的供電系統。無線傳感網絡的節點直接採用Zigbee協議進行數據傳輸。Zigbee網絡具有節能、易於隨時增減節點的優勢，同時會方便工程施工。
[0037]模塊2通過GPRS網絡傳送環境數據，本系統採用GPRS網關傳輸數據，節點傳送過來的數據，GPRS網關會自動通過GPRS網絡傳輸到控制中心。控制中心的電腦，通過一個Socket控制項程序監聽埠，接收到數據後存儲到電腦上，並通過.dlI文件提供函數庫給⑶S軟體系統調用。
[0038]模塊3監控中心接收傳感器採集的位移、坡度、降雨量、溫溼度、水位等數據作為⑶S軟體輸入參數。
[0039]模塊4⑶S軟體計算預測，將上述模塊2中的數據輸入⑶S軟體，通過計算得出位移、水位等二維、三維分布圖。
[0040]模塊4軟體內核程序採用全新的有限元算法，有限元法解題能力強，可以比較精確地模擬各種複雜的曲線或曲面邊界，網格劃分比較隨意，可以統一處理多種邊界條件，離散方程的形式規範，便於編制通用的電腦程式，在固體力學方程的數值計算方面取得巨大的成功，在多孔介質數值模擬軟體領域處於國際領先地位。[0041 ] 模塊4的2D/3D顯示功能豐富，能顯示二維折線圖、三維等值線圖、矢量圖和曲面圖；適用於等間距和不等距的等值線的繪製，用戶可選用各種線型與顏色表示等值線、選擇等值線字體標註分級值，圖形可自由縮放和旋轉；屬性數據分層分布，不同顏色表示不同數值，可視化查看，可以從不同的維度觀察數據，從而對數據進行更深入的觀察和分析。兼容性好，界面友好，操作簡單，自動生成或者用戶自定義有顏色等值線的間隔、線形與等值線範圍；完善的坐標軸設置選項，包括坐標軸的標註、標註間距、網格線和標題。
[0042]模塊5監控中心實時預測顯示環境狀況，通過⑶S計算，將預測結果顯示到監測中心顯示區，並給出防治地質災害發生的時間範圍，地理範圍等。
[0043]進一步地，所述計算模塊包括建立幾何模型單元、模型分層單元、邊界劃分單元、實體設置單元、網格劃分單元、輸入參數單元、數學模型選擇單元、求解計算單元、模型校正單元、參數靈敏度分析單元、結果輸出單元，其中
[0044]所述建立幾何模型單元，用於基於所述研究區水文地質條件、地形地貌建立相應的幾何模型；
[0045]所述模型分層單元，用於接收所述建立幾何模型單元輸出的幾何模型，並對所述幾何模型進行分層；
[0046]所述邊界劃分單元，用於基於研究區實際地形地貌、地質情況設置所述幾何模型邊界；
[0047]所述實體設置單元，用於表示某一區域是否有河流、降雨量、蒸發，設置所述幾何模型的源匯項；
[0048]所述網格劃分單元，用於對所述幾何模型進行網格劃分；
[0049]所述輸入參數單元，用於接受所述監測模塊獲得的所述環境數據，將所述環境數據傳送至所述輸入參數單元；
[0050]所述數學模型選擇單元，用於基於要解決的地質災害類型，選擇數學模型單元類型；
[0051]所述求解計算模型單元，用於基於所述數學模型選擇單元選擇的所述數學模型單元，選擇所述求解計算單元對數學模型進行計算；
[0052]所述模型校正單元，用於將模擬結果與實測結果比較，進行參數調整，使模擬結果在預定的誤差範圍內與實測結果吻合；
[0053]所述參數靈敏度分析單元，用於基於參數值的時空分布、邊界條件不確定度的影響，確定不確定度對校正後的模型的影響程度；
[0054]所述結果輸出單元，用於將結果輸出至所述顯示單元進行顯示。
[0055]本發明地質災害預測系統，該系統硬體採用了當前最先進的物聯網技術，每一個檢測節點，都可以靈活的將自己獲得的環境參數傳送給行動網路埠，同時根據實際需要，隨時可擴展檢測節點數量，新擴展的節點能夠自動和周圍檢測點通信，自動加入到檢測區域無線網絡中。為適應野外實際環境，預測系統硬體都有相應的防水防風等戶外防護要求。同時，預測系統硬體充分考慮了戶外設備的節能需求設計的，以方便實際工程施工和後期維護。該系統軟體可以對一個模型進行多種分析並把所有的分析數據都保存在一個數據文件中，這樣有利於保持不同分析之間的聯繫。將計算結果繪製成圖形時，用戶可以決定把幾個變量放在同一張圖中查看預測結果。
[0056]以上，僅為本發明的較佳實施例，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求所界定的保護範圍為準。
【權利要求】
1.一種地質災害預測系統，其特徵在於:所述系統包括傳感器模塊、傳輸模塊、監控模塊、計算模塊、顯示模塊，其中 所述傳感器模塊，用於實時獲取地質環境數據； 所述傳輸模塊，用於將獲取的所述地質環境數據通過網絡傳輸給監控模塊； 所述監控模塊，用於接收所述監控模塊輸出的所述地質環境數據並將所述環境數據轉換為所述計算模塊識別的格式輸出給所述計算模塊； 所述計算模塊，用於對所述環境數據進行計算，並得出地質環境結果，將所述地質環境結果輸出給所述顯示模塊； 所述顯示模塊，用於將所述地質環境結果進行輸出，並基於所述地質環境結果輸出表徵地質環境的二維結果圖、三維結果圖。
2.根據權利要求1所述的地質災害預測系統，其特徵在於:所述傳感器模塊包括位移傳感器、坡度傳感器、降雨量傳感器、土壤溫溼度傳感器、河面水位高度傳感器。
3.根據權利要求1所述的地址災害預測系統，其特徵在於:所述傳輸模塊通過統一的網關設備採用GPRS的方式傳送到監控中心，所述傳感器模塊的傳感器為無線傳感器，所述無線傳感網絡的組網方案為Zigbee協議的自組網方案。
4.根據權利要求1所述的地質災害預測系統，其特徵在於:所述計算模塊包括建立幾何模型單元、模型分層單元、邊界劃分單元、實體設置單元、網格劃分單元、輸入參數單元、數學模型選擇單元、求解計算單元、模型校正單元、參數靈敏度分析單元、結果輸出單元，其中 所述建立幾何模型單元，用於基於所述研究區水文地質條件、地形地貌建立相應的幾何模型； 所述模型分層單元，用於接收所述建立幾何模型單元輸出的幾何模型，並對所述幾何模型進行分層； 所述邊界劃分單元，用於基於研究區實際地形地貌、地質情況設置所述幾何模型邊界； 所述實體設置單元，用於表示一區域是否有河流、降雨量、蒸發，設置所述幾何模型的源匯項； 所述網格劃分單元，用於對所述幾何模型進行網格劃分； 所述輸入參數單元，用於接受所述監測模塊獲得的所述環境數據，將所述環境數據傳送至所述輸入參數單元； 所述數學模型選擇單元，用於基於要解決的地質災害類型，選擇數學模型單元類型； 所述求解計算模型單元，用於基於所述數學模型選擇單元選擇的所述數學模型單元，選擇所述求解計算單元對數學模型進行計算； 所述模型校正單元，用於將模擬結果與實測結果比較，進行參數調整，使模擬結果在預定的誤差範圍內與實測結果吻合； 所述參數靈敏度分析單元，用於基於參數值的時空分布、邊界條件不確定度的影響，確定不確定度對校正後的模型的影響程度； 所述結果輸出單元，用於將結果輸出至所述顯示單元進行顯示。
【文檔編號】G06Q10/04GK104239959SQ201410009230
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年1月9日 優先權日:2014年1月9日
【發明者】陳曉輝 申請人:湖北思高科技發展有限公司