CN115311821A - 一种基于数字孪生技术的地质灾害智能监测云平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于数字孪生技术的地质灾害智能监测云平台,本发明通过实时获取各目标山坡的地质数据,分析得到各目标山坡的灾害风险系数,判断各目标山坡是否存在灾害风险,进一步提取目标山坡地质信息库中存储的各目标山坡的地质数据,分析得到各目标山坡的地质隐患系数,同时获取各目标山坡的气象信息,分析得到各目标山坡的气象影响系数,根据各目标山坡的地质隐患系数和气象影响系数,评估得到各目标山坡的灾害预测指数,并进行相应处理,克服了传统山体滑坡监测技术存在的不足,进而大大提高监测成果的可靠性、准确性和时效性,从而为地质灾害工程安全治理措施提供可靠的决策依据,避免恶性地质灾害的发生。
Description
技术领域
本发明涉及山体滑坡监测分析领域,涉及到一种基于数字孪生技术的地质灾害智能监测云平台。
背景技术
随着社会经济的不断发展,资源开发的力度逐渐增大,给本就脆弱的地质环境造成了巨大的影响,地质灾害的频度和规模日趋增加,严重影响到国家经济建设和人民生命财产安全,地质灾害监测作为地灾安全防控的重要手段越来越受到重视,而地质灾害中以山体滑坡较为常见,因此对山体滑坡进行监测预警更值得重视。
传统的山体滑坡监测技术存在着一些不足:一方面,传统的山体滑坡监测采用人工监测,受限于环境特点,工作效率低、投入大、监测成本和安全风险都比较高,另一方面,传统山体滑坡监测的分析指标比较单一,没有综合考虑山体自身地形因素和气象因素的影响,进而使得监测成果的可靠性和准确性都比较低。
发明内容
针对上述问题,本发明提出了一种基于数字孪生技术的地质灾害智能监测云平台,实现对山体滑坡监测分析的功能。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是:
本发明提供一种基于数字孪生技术的地质灾害智能监测云平台,包括:
目标山坡地质数据获取模块:用于实时获取各目标山坡的地质数据,其中地质数据包括边坡外观形变量、土体深层水平位移变化量和地下水位变化量;
目标山坡地质数据分析模块:用于根据各目标山坡的地质数据,分析得到各目标山坡的灾害风险系数,判断各目标山坡是否存在灾害风险,若某目标山坡存在灾害风险,则进行预警,反之,则将该目标山坡的地质数据存入目标山坡地质信息库;
目标山坡地质信息库:用于接收各目标山坡的地质数据,并进行存储,同时存储各目标山坡中各外观形变监测点的初始三维坐标、各目标山坡中各深层水平位移监测点的初始水平位移和各目标山坡中各地下水位监测点的初始地下水位高度;
目标山坡地质隐患系数获取模块:用于提取目标山坡地质信息库中存储的各目标山坡的地质数据,分析得到各目标山坡的地质隐患系数;
目标山坡气象影响系数获取模块:用于获取各目标山坡的气象信息,分析得到各目标山坡的气象影响系数;
目标山坡灾害预测评估模块:用于根据各目标山坡的地质隐患系数和气象影响系数,评估得到各目标山坡的灾害预测指数,并进行相应处理。
在上述实施例的基础上,所述目标山坡地质数据获取模块的具体过程包括:
通过GNSS定位技术实时获取各目标山坡中各外观形变监测点的三维坐标,将其记为(Xip,Yip,Zip);
在上述实施例的基础上,所述目标山坡地质数据获取模块中具体过程还包括:
通过滑动式倾角仪实时测量各目标山坡中各深层水平位移监测点的水平位移,将其记为bip′,将各目标山坡中各深层水平位移监测点的水平位移代入公式得到各目标山坡的土体深层水平位移变化量χi,其中q′表示深层水平位移监测点的数量,δ表示预设的目标山坡的土体深层水平位移变化量修正因子。
在上述实施例的基础上,所述目标山坡地质数据获取模块中具体过程还包括:
通过水位传感器实时检测各目标山坡中各地下水位监测点的地下水位高度,将其记为hip″,将各目标山坡中各地下水位监测点的地下水位高度代入公式得到各目标山坡的地下水位变化量εi,其中q″表示地下水位监测点的数量,φ表示预设的目标山坡的地下水位变化量修正因子。
在上述实施例的基础上,所述目标山坡地质数据分析模块中具体分析过程为:
将各目标山坡的边坡外观形变量αi、土体深层水平位移变化量χi和地下水位变化量εi代入公式zi=τ1*αi+τ2*χi+τ3*εi得到各目标山坡的灾害风险系数zi,其中τ1、τ2、τ3分别表示预设的目标山坡的边坡外观形变量、土体深层水平位移变化量和地下水位变化量的权重因子;
将各目标山坡的灾害风险系数与预设的山坡的灾害风险系数阈值进行比较,若某目标山坡的灾害风险系数大于或等于预设的山坡的灾害风险系数阈值,则该目标山坡存在灾害风险,并将该目标山坡的编号发送至灾害监测云平台,进行预警,反之,则该目标山坡暂时没有灾害风险,将该目标山坡的地质数据存入目标山坡地质信息库。
在上述实施例的基础上,所述目标山坡地质隐患系数获取模块中分析得到各目标山坡的地质隐患系数,具体过程为:
提取目标山坡地质信息库中存储的各目标山坡的地质数据,得到各目标山坡中各外观形变监测点在预设监测历史周期内各采样时刻的三维坐标、各目标山坡中各深层水平位移监测点在预设监测历史周期内各采样时刻的水平位移和各目标山坡中各地下水位监测点在预设监测历史周期内各采样时刻的地下水位高度,将其分别记为和j表示第j个采样时刻的编号,j=1,2,...,m,进一步分析得到各目标山坡在预设监测历史周期内各采样时刻的边坡外观形变量、土体深层水平位移变化量和地下水位变化量,将其分别记为和
将各目标山坡在预设监测历史周期内各采样时刻的边坡外观形变量土体深层水平位移变化量和地下水位变化量代入公式得到各目标山坡的地质隐患系数γi,其中m表示采集时刻的数量,表示第i个目标山坡在预设监测历史周期内第j-1个采样时刻的边坡外观形变量,表示第i个目标山坡在预设监测历史周期内第j-1个采样时刻的土体深层水平位移变化量,表示第i个目标山坡在预设监测历史周期内第j-1个采样时刻的地下水位变化量,η表示预设的目标山坡的地质隐患系数修正因子。
在上述实施例的基础上,所述目标山坡气象影响系数获取模块中分析得到各目标山坡的气象影响系数,具体过程为:
通过雨量计检测各目标山坡中各降雨量监测点的降雨量,将其记为fic,c表示第c个降雨量监测点的编号,c=1,2,...,d;
通过湿度仪检测各目标山坡中各气温监测点的气温,将其记为giu,u表示第u个气温监测点的编号,u=1,2,...,v;
将各目标山坡中各降雨量监测点的降雨量和各目标山坡中各气温监测点的气温代入公式得到各目标山坡的气象影响系数κi,其中f设表示预设的目标山坡降雨量阈值,g设表示预设的目标山坡气温参考值,Δg设表示预设的目标山坡气温允许误差,λ1、λ2分别表示预设的目标山坡降雨量和气温的权重因子。
在上述实施例的基础上,所述目标山坡灾害预测评估模块的具体分析过程为:
将各目标山坡的地质隐患系数γi和各目标山坡的气象影响系数κi代入公式得到各目标山坡的灾害预测指数ξi,其中ψ表示预设的目标山坡的气象影响系数的补偿因子,表示预设的目标山坡的灾害预测指数修正因子,e表示自然常数;
将各目标山坡的灾害预测指数与预设的目标山坡的灾害预测指数阈值进行比较,若某目标山坡的灾害预测指数大于预设的目标山坡的灾害预测指数阈值,则将该目标山坡记为预测灾害风险山坡,统计得到各预测灾害风险山坡的编号,并将各预测灾害风险山坡的编号发送至灾害监测云平台。
相对于现有技术,本发明所述的一种基于数字孪生技术的地质灾害智能监测云平台以下有益效果:
本发明提供的一种基于数字孪生技术的地质灾害智能监测云平台,通过实时获取各目标山坡的边坡外观形变量、土体深层水平位移变化量和地下水位变化量,分析得到各目标山坡的灾害风险系数,判断各目标山坡是否存在灾害风险,若某目标山坡存在灾害风险,则进行预警,反之,则将该目标山坡的地质数据存入目标山坡地质信息库,进一步地,提取目标山坡地质信息库中存储的各目标山坡的地质数据,分析得到各目标山坡的地质隐患系数,同时获取各目标山坡的气象信息,分析得到各目标山坡的气象影响系数,根据各目标山坡的地质隐患系数和气象影响系数,评估得到各目标山坡的灾害预测指数,并进行相应处理,克服了传统山体滑坡监测技术存在的不足,不仅提高工作效率,还降低监测成本和安全风险,结合地质数据和气象数据对目标山坡进行全方面监测分析,进而大大提高监测成果的可靠性和准确性,从而为地质灾害工程安全治理措施提供可靠的决策依据,避免恶性地质灾害的发生。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的***模块连接图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示,本发明提供一种基于数字孪生技术的地质灾害智能监测云平台,包括目标山坡地质数据获取模块、目标山坡地质数据分析模块、目标山坡地质信息库、目标山坡地质隐患系数获取模块、目标山坡气象影响系数获取模块和目标山坡灾害预测评估模块。
所述目标山坡地质数据分析模块与目标山坡地质数据获取模块连接,目标山坡灾害预测评估模块分别与目标山坡地质隐患系数获取模块和目标山坡气象影响系数获取模块连接,目标山坡地质信息库分别与目标山坡地质数据获取模块、目标山坡地质数据分析模块和目标山坡地质隐患系数获取模块连接。
所述目标山坡地质数据获取模块用于实时获取各目标山坡的地质数据,其中地质数据包括边坡外观形变量、土体深层水平位移变化量和地下水位变化量。
进一步地,所述目标山坡地质数据获取模块的具体过程包括:
通过GNSS定位技术实时获取各目标山坡中各外观形变监测点的三维坐标,将其记为(Xip,Yip,Zip);
进一步地,所述目标山坡地质数据获取模块中具体过程还包括:
通过滑动式倾角仪实时测量各目标山坡中各深层水平位移监测点的水平位移,将其记为bip′,将各目标山坡中各深层水平位移监测点的水平位移代入公式得到各目标山坡的土体深层水平位移变化量χi,其中q′表示深层水平位移监测点的数量,δ表示预设的目标山坡的土体深层水平位移变化量修正因子。
进一步地,所述目标山坡地质数据获取模块中具体过程还包括:
通过水位传感器实时检测各目标山坡中各地下水位监测点的地下水位高度,将其记为hip″,将各目标山坡中各地下水位监测点的地下水位高度代入公式得到各目标山坡的地下水位变化量εi,其中q″表示地下水位监测点的数量,φ表示预设的目标山坡的地下水位变化量修正因子。
所述目标山坡地质数据分析模块用于根据各目标山坡的地质数据,分析得到各目标山坡的灾害风险系数,判断各目标山坡是否存在灾害风险,若某目标山坡存在灾害风险,则进行预警,反之,则将该目标山坡的地质数据存入目标山坡地质信息库。
进一步地,所述目标山坡地质数据分析模块中具体分析过程为:
将各目标山坡的边坡外观形变量αi、土体深层水平位移变化量χi和地下水位变化量εi代入公式zi=τ1*αi+τ2*χi+τ3*εi得到各目标山坡的灾害风险系数zi,其中τ1、τ2、τ3分别表示预设的目标山坡的边坡外观形变量、土体深层水平位移变化量和地下水位变化量的权重因子;
将各目标山坡的灾害风险系数与预设的山坡的灾害风险系数阈值进行比较,若某目标山坡的灾害风险系数大于或等于预设的山坡的灾害风险系数阈值,则该目标山坡存在灾害风险,并将该目标山坡的编号发送至灾害监测云平台,进行预警,反之,则该目标山坡暂时没有灾害风险,将该目标山坡的地质数据存入目标山坡地质信息库。
需要说明的是,本发明通过实时获取各目标山坡的边坡外观形变量、土体深层水平位移变化量和地下水位变化量,分析得到各目标山坡的灾害风险系数,判断各目标山坡是否存在灾害风险,若某目标山坡存在灾害风险,则进行预警,反之,则将该目标山坡的地质数据存入目标山坡地质信息库,从多维度对目标山坡的地质情况进行分析,实时监测目标山坡地质数据的变化,大大提高目标山坡地质监测结果的准确性和时效性。
所述目标山坡地质信息库用于接收各目标山坡的地质数据,并进行存储,同时存储各目标山坡中各外观形变监测点的初始三维坐标、各目标山坡中各深层水平位移监测点的初始水平位移和各目标山坡中各地下水位监测点的初始地下水位高度。
所述目标山坡地质隐患系数获取模块用于提取目标山坡地质信息库中存储的各目标山坡的地质数据,分析得到各目标山坡的地质隐患系数。
进一步地,所述目标山坡地质隐患系数获取模块中分析得到各目标山坡的地质隐患系数,具体过程为:
提取目标山坡地质信息库中存储的各目标山坡的地质数据,得到各目标山坡中各外观形变监测点在预设监测历史周期内各采样时刻的三维坐标、各目标山坡中各深层水平位移监测点在预设监测历史周期内各采样时刻的水平位移和各目标山坡中各地下水位监测点在预设监测历史周期内各采样时刻的地下水位高度,将其分别记为和j表示第j个采样时刻的编号,j=1,2,...,m,进一步分析得到各目标山坡在预设监测历史周期内各采样时刻的边坡外观形变量、土体深层水平位移变化量和地下水位变化量,将其分别记为和
将各目标山坡在预设监测历史周期内各采样时刻的边坡外观形变量土体深层水平位移变化量和地下水位变化量代入公式得到各目标山坡的地质隐患系数γi,其中m表示采集时刻的数量,表示第i个目标山坡在预设监测历史周期内第j-1个采样时刻的边坡外观形变量,表示第i个目标山坡在预设监测历史周期内第j-1个采样时刻的土体深层水平位移变化量,表示第i个目标山坡在预设监测历史周期内第j-1个采样时刻的地下水位变化量,η表示预设的目标山坡的地质隐患系数修正因子。
作为一种优选方案,所述各目标山坡在预设监测历史周期内各采样时刻的边坡外观形变量、土体深层水平位移变化量和地下水位变化量的具体分析方法为:
所述目标山坡气象影响系数获取模块用于获取各目标山坡的气象信息,分析得到各目标山坡的气象影响系数。
进一步地,所述目标山坡气象影响系数获取模块中分析得到各目标山坡的气象影响系数,具体过程为:
通过雨量计检测各目标山坡中各降雨量监测点的降雨量,将其记为fic,c表示第c个降雨量监测点的编号,c=1,2,...,d;
通过湿度仪检测各目标山坡中各气温监测点的气温,将其记为giu,u表示第u个气温监测点的编号,u=1,2,...,v;
将各目标山坡中各降雨量监测点的降雨量和各目标山坡中各气温监测点的气温代入公式得到各目标山坡的气象影响系数κi,其中f设表示预设的目标山坡降雨量阈值,g设表示预设的目标山坡气温参考值,Δg设表示预设的目标山坡气温允许误差,λ1、λ2分别表示预设的目标山坡降雨量和气温的权重因子。
所述目标山坡灾害预测评估模块用于根据各目标山坡的地质隐患系数和气象影响系数,评估得到各目标山坡的灾害预测指数,并进行相应处理。
进一步地,所述目标山坡灾害预测评估模块的具体分析过程为:
将各目标山坡的地质隐患系数γi和各目标山坡的气象影响系数κi代入公式得到各目标山坡的灾害预测指数ξi,其中ψ表示预设的目标山坡的气象影响系数的补偿因子,表示预设的目标山坡的灾害预测指数修正因子,e表示自然常数;
将各目标山坡的灾害预测指数与预设的目标山坡的灾害预测指数阈值进行比较,若某目标山坡的灾害预测指数大于预设的目标山坡的灾害预测指数阈值,则将该目标山坡记为预测灾害风险山坡,统计得到各预测灾害风险山坡的编号,并将各预测灾害风险山坡的编号发送至灾害监测云平台。
需要说明的是,本发明通过提取目标山坡地质信息库中存储的各目标山坡的地质数据,分析得到各目标山坡的地质隐患系数,同时获取各目标山坡的气象信息,分析得到各目标山坡的气象影响系数,根据各目标山坡的地质隐患系数和气象影响系数,评估得到各目标山坡的灾害预测指数,并进行相应处理,克服了传统山体滑坡监测技术存在的不足,不仅提高工作效率,还降低监测成本和安全风险,结合地质数据和气象数据对目标山坡进行全方面监测分析,进而大大提高监测成果的可靠性和准确性,从而为地质灾害工程安全治理措施提供可靠的决策依据,避免恶性地质灾害的发生。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明,所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于数字孪生技术的地质灾害智能监测云平台,其特征在于,包括:
目标山坡地质数据获取模块:用于实时获取各目标山坡的地质数据,其中地质数据包括边坡外观形变量、土体深层水平位移变化量和地下水位变化量;
目标山坡地质数据分析模块:用于根据各目标山坡的地质数据,分析得到各目标山坡的灾害风险系数,判断各目标山坡是否存在灾害风险,若某目标山坡存在灾害风险,则进行预警,反之,则将该目标山坡的地质数据存入目标山坡地质信息库;
目标山坡地质信息库:用于接收各目标山坡的地质数据,并进行存储,同时存储各目标山坡中各外观形变监测点的初始三维坐标、各目标山坡中各深层水平位移监测点的初始水平位移和各目标山坡中各地下水位监测点的初始地下水位高度;
目标山坡地质隐患系数获取模块:用于提取目标山坡地质信息库中存储的各目标山坡的地质数据,分析得到各目标山坡的地质隐患系数;
目标山坡气象影响系数获取模块:用于获取各目标山坡的气象信息,分析得到各目标山坡的气象影响系数;
目标山坡灾害预测评估模块:用于根据各目标山坡的地质隐患系数和气象影响系数,评估得到各目标山坡的灾害预测指数,并进行相应处理。
5.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生技术的地质灾害智能监测云平台,其特征在于:所述目标山坡地质数据分析模块中具体分析过程为:
将各目标山坡的边坡外观形变量αi、土体深层水平位移变化量χi和地下水位变化量εi代入公式zi=τ1*αi+τ2*χi+τ3*εi得到各目标山坡的灾害风险系数zi,其中τ1、τ2、τ3分别表示预设的目标山坡的边坡外观形变量、土体深层水平位移变化量和地下水位变化量的权重因子;
将各目标山坡的灾害风险系数与预设的山坡的灾害风险系数阈值进行比较,若某目标山坡的灾害风险系数大于或等于预设的山坡的灾害风险系数阈值,则该目标山坡存在灾害风险,并将该目标山坡的编号发送至灾害监测云平台,进行预警,反之,则该目标山坡暂时没有灾害风险,将该目标山坡的地质数据存入目标山坡地质信息库。
6.根据权利要求5所述的一种基于数字孪生技术的地质灾害智能监测云平台,其特征在于:所述目标山坡地质隐患系数获取模块中分析得到各目标山坡的地质隐患系数,具体过程为:
提取目标山坡地质信息库中存储的各目标山坡的地质数据,得到各目标山坡中各外观形变监测点在预设监测历史周期内各采样时刻的三维坐标、各目标山坡中各深层水平位移监测点在预设监测历史周期内各采样时刻的水平位移和各目标山坡中各地下水位监测点在预设监测历史周期内各采样时刻的地下水位高度,将其分别记为和j表示第j个采样时刻的编号,j=1,2,...,m,进一步分析得到各目标山坡在预设监测历史周期内各采样时刻的边坡外观形变量、土体深层水平位移变化量和地下水位变化量,将其分别记为和
7.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的地质灾害智能监测云平台,其特征在于:所述目标山坡气象影响系数获取模块中分析得到各目标山坡的气象影响系数,具体过程为:
通过雨量计检测各目标山坡中各降雨量监测点的降雨量,将其记为fic,c表示第c个降雨量监测点的编号,c=1,2,...,d;
通过湿度仪检测各目标山坡中各气温监测点的气温,将其记为giu,u表示第u个气温监测点的编号,u=1,2,...,v;
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