一种用于地震滑坡灾害测量的方法与流程

本发明涉及地震研究领域的测量，尤其涉及一种可用于地震滑坡灾害测量的方法。

背景技术：

地震滑坡(Earthquake-Induced Landslide)是指地震产生的地震动引起岩体或土体沿一个缓倾面向下剪切滑移一定距离的现象。强烈地震时，地震诱发的滑坡次生地质灾害，特别是在山地、丘陵地区，其造成的经济损失和人员伤亡甚至比地震直接造成的还要大。在中国大陆地区，尤其是地形相对复杂的山区，地震造成的滑坡是最为常见的破坏力最强的次生地质灾害。

地震滑坡具有发生突然、机理复杂、运动形态多样的特征，预测起来比较困难。各国政府为减轻地震造成的滑坡灾害损失，都采取了积极有效的监测和防范措施。目前，针对地震滑坡灾害监测的方式和方法有很多，主要方法是现场动态连续监测和遥感监测，获取地震滑坡发生、发展、运动信息，并探索其分布规律，为地震滑坡实时预警、应急救援、恢复重建选址、科学研究等积累珍贵的连续观测数据。虽然遥感监测中遥感影像可以通过无人机等深入现场进行测绘，具有方便快捷、成本低、几乎无人员伤害风险发生的优点，但是其获取的通常都是地震发生前后滑坡的规模、大小、范围等的对比信息，周期比较长，所以，对于地震滑坡实时预警和应急救援等紧急情况而言，需要快速获取地震发生后滑坡的规模、大小、范围等基础数据，这些只能通过现场动态连续监测来开展。

地震滑坡现场动态连续监测通常是预先在易发生地震滑坡次生灾害的被监测滑坡地点设置一系列传感器，根据这些传感器反馈的加速度、位移、低声声波频谱等参数判断山体滑坡的规模、大小、范围等情况，用以为地震滑坡基础理论的深入研究、应急救援、灾害重建、风险评估乃至预警提供研究资料。例如，“3S技术在滑坡监测中的应用”(长江科学院院报，2005年10月第22卷第5期，王志旺等)、“滑坡灾害的多源数据分析与评估方法”(地球信息科学，2008年12月第10卷第6期，张军等)以及“基于地球多传感器网络信息的潜在滑坡判识模型”(地球科学与环境学报，2013年3月第35卷第1期，孔纪名等)中均提及了多种测量和预测地震滑坡灾害的系统和方法。

但是利用多传感器构建地震滑坡测量网络的灾害测量方法在实际应用中的测量效果并不理想，存在测量内容单一、精度低和劳动强度大等缺点，而精密测量方法都需要使用精密设备，虽具有精度高、简单、实用、劳动强度低的优点，但费用较高，而且还受诸多外界条件的限制。通常情况下，当地震发生之后，预先设置的一部分传感器很快就由于地震或者地震滑坡的原因物理损坏了，还有一部分虽然仍然保持完好的功能，但是由于供电线路损坏，或者信号传输设备掩埋等原因，导致大部分传感器很快就无法继续工作。后果将是，现场动态连续监测数据将会中断，实时预警无法实现，滑坡的规模、大小、范围等更无法快速测定，人员被埋压数量和财产损失也将无法做出快速估计，这些都将直接影响到应急救援、救灾救济的时效和效率。在现在倡导以人为本，生命第一的社会中，这是不可想象的。而且大量设置的传感器毕竟是很昂贵的设备，然而由于断电而无法工作或无法传递出信号则获取有效数据的时间就变得很短了，这是很不经济的事情，对于有限的经费来说这个结果实在令人难以接受。并且地震后滑坡次生灾害有可能持续发生，在传感器不工作或无法传递出信号的情况下，相关人员也不可能到仍然十分危险的滑坡地点去维修或者更换。因此，如何充分高效利用所有监测设备所能提供的任何信息就是一个必须解决的关键问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种用于地震滑坡灾害测量的方法，以减少或避免前面所提到的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出了用于地震滑坡灾害测量的方法，用于通过设置于被检测滑坡地点的多个传感器提供用于地震滑坡灾害预警的信息，每个所述传感器均带有蓄电池和无线发射设备；所述无线发射设备具有与所述蓄电池连接的柔性电缆，以及与所述传感器连接的柔性数据线；所述无线发射设备与一个可充气气球捆绑连接在一起；所述方法包括如下步骤：

步骤A：构建被检测滑坡地点的三维模型地图，将所述传感器编号并将所述编号所对应的设置地点标记在所述三维模型地图上；

步骤B：当地震滑坡发生之后，记录停止工作的传感器的编号以及该传感器停止工作的时间，并将所述编号所对应的设置地点在所述三维模型地图上突出显示出来；

步骤C：将所述三维模型地图按照垂直间隔为H的等高线划分成多个区域，计算每个所述区域内停止工作的所述传感器停止工作的时间的平均值T；

步骤D：用所述垂直间隔H，除以相邻所述区域的所述停止工作的时间的平均值T的差值的绝对值，获得用于地震滑坡灾害预警的垂直滑坡速度参考值V_H。

优选地，所述步骤D中，进一步包括利用所述三维模型地图计算相邻所述区域的平均坡度θ，用所述垂直间隔H除以sin(θ)获得平均滑坡长度L，用所述平均滑坡长度L，除以相邻所述区域的所述停止工作的时间的平均值T的差值的绝对值，获得用于地震滑坡灾害预警的滑坡速度参考值V_L。

优选地，所述方法进一步包括如下步骤，用当前时间减去最早停止工作的所述传感器的所述停止工作时间，获得滑坡时间参考值T_S，用所述滑坡时间参考值T_S乘以所述垂直滑坡速度参考值V_H获得垂直滑坡参考距离S_H。

优选地，所述方法进一步包括如下步骤，用所述滑坡时间参考值T_S乘以所述滑坡速度参考值V_L获得滑坡参考距离S_L。

优选地，所述压缩气罐与所述可充气气球之间连接有一个电磁阀。

本发明的上述测量方法可以利用业已停止工作的传感器计算获得可用于地震滑坡灾害预警的信息，提供判断山体滑坡的规模、大小、范围等情况的信息，可以尽最大的程度利用传感器的余热，大大节约了成本。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的用于地震滑坡灾害测量的方法的实施示意图；

图2显示的是根据本发明的另一个具体实施例的用于地震滑坡灾害测量的方法中检测传感器损坏的模块示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。

如图1所示，其显示的是根据本发明的一个具体实施例的用于地震滑坡灾害测量的方法的实施示意图，如图，本发明的用于地震滑坡灾害测量的方法是一种专用于地震滑坡灾害监测的方法，该方法根据地震滑坡的突然性、复杂性、运动形态多样性的特征，利用设置于被检测滑坡地点的多个传感器提供用于地震滑坡灾害预警的信息。

正如背景技术部分所述，现有技术中，通常利用预先设置的传感器检测地震滑坡的加速度、速度、位移、低声声波频谱等参数判断山体滑坡的规模、大小、范围等情况，用以为地震滑坡基础理论的深入研究、灾害重建、风险评估乃至预警提供研究资料。然后，一旦地震滑坡发生之后，这些传感器大多很快就无法工作了，作为精密而昂贵的设备就这样失去效用十分可惜，因而本发明创造性地提出了一种方法，利用无法工作的传感器继续提供判断山体滑坡的规模、大小、范围等情况的信息。

参见图1，本发明的上述用于地震滑坡灾害测量的方法包括如下步骤：

步骤A：构建被检测滑坡地点的三维模型地图，将所述传感器编号并将所述编号所对应的设置地点标记在所述三维模型地图上。图1中，为了清楚显示，仅仅表示出了以编号P1，P2，P3，P4，P5表示出的五个传感器所在的位置，这五个传感器设置在一个具有一定坡度的坡地上。所述三维模型地图可以是纸质地图，也可以是电子化显示在计算机上的三维模拟地图。

步骤B：当地震滑坡发生之后，记录停止工作的传感器的编号以及该传感器停止工作的时间，并将所述编号所对应的设置地点在所述三维模型地图上突出显示出来。本步骤中，假设图1中的四个传感器停止了工作，分别是P2，P3、P4和P5，由于此处的附图是用于专利申请的示意图，无法用颜色或电子的方式醒目的显示这四个停止工作的传感器的位置，但是本领域技术人员根据文字描述应该很容易就能理解此时这四个位置被突出显示了出来，以利于下一步的计算。

步骤C：将三维模型地图按照垂直间隔为H的等高线划分成多个区域，计算每个所述区域内停止工作的传感器停止工作的时间的平均值T。为清楚显示，此时图1中仅仅显示了两个相邻的区域，这两个区域的垂直间隔均为H，上方的区域中有三个传感器，分别在位置P1，P2和P3处，下方的区域有两个传感器，分别在位置P4和P5处。上方区域的传感器的停止工作的时间为根据P2和P3位置处的两个停止工作的传感器的停止工作时间计算的平均工作时间；下方区域的传感器的停止工作的时间为根据P4和P5位置处的两个停止工作的传感器的停止工作时间计算的平均工作时间。

步骤D：用垂直间隔H，除以相邻区域的停止工作的时间的平均值T的差值的绝对值，获得用于地震滑坡灾害预警的垂直滑坡速度参考值V_H。由于地震滑坡通常不可能大面积同时发生，灾害的发生一般都是沿着山体从上往下滑动。在步骤C中，计算出了每个区域的停止工作的时间的平均值T之后，实际上对每个区域都进行了一个平均化处理，如图1所示，上方区域平均化之后，假定停止工作的传感器位于了该区域的中间位置S1，同样，下方区域平均化之后，停止工作的传感器也位于了该区域的中间位置S2，因此，相邻两个区域平均化之后，停止工作的传感器平均之后的垂直间隔仍然是H，从这个垂直间隔H计算垂直滑坡速度参考值V_H也就顺理成章了。

本领域技术人员应当理解，本发明的上述步骤仅仅是一种简化的示意性的计算过程，虽然不精确，但是却可以利用业已停止工作的传感器计算获得可用于地震滑坡灾害预警的信息，继续提供判断山体滑坡的规模、大小、范围等情况的信息。例如，可以根据垂直滑坡速度参考值V_H的大小估计出滑坡的规模和强度，并可以利用后续的进一步计算估计滑坡的大小、范围，之后还可以配合遥感影像图上快速计算出影响范围内的建筑物、农田等数量之后，可以进一步为灾害预警、紧急救援和救灾救济提供参考。

进一步的，在另一个具体实施例中，步骤D中，还可以进一步包括利用三维模型地图计算相邻所述区域的平均坡度θ，用所述垂直间隔H除以sin(θ)获得平均滑坡长度L，用所述平均滑坡长度L，除以相邻所述区域的所述停止工作的时间的平均值T的差值的绝对值，获得用于地震滑坡灾害预警的滑坡速度参考值V_L。本实施例相对前述实施例来说要精确一些，前述实施例对于坡度比较大的情况下的估算还是具备一定的参考价值的，但是对于坡度平缓、运动缓慢的滑坡来说，用前述实施例的方案就显得很粗略了。图1所示实施例中，利用上方和下方平均之后的中间位置S1和S2之间的坡度作为平均坡度θ也可以近似满足需要了，当然，本领域技术人员应当理解，也可以利通三维地图用计算机精确计算相邻区域的平均坡度θ，只是对于本发明的预警用途来说，精确计算实际并无太大的必要。

另外，为了进一步获得滑坡的范围，可以利用前述的垂直滑坡速度参考值V_H以及滑坡速度参考值V_L对应获得可用于地震滑坡灾害预警的垂直滑坡参考距离S_H以及滑坡参考距离S_L，具体说明如下。

即，优选地，用当前时间减去最早停止工作的传感器的停止工作时间，获得滑坡时间参考值T_S，用滑坡时间参考值T_S乘以垂直滑坡速度参考值V_H获得垂直滑坡参考距离S_H。或者优选地，用所述滑坡时间参考值T_S乘以滑坡速度参考值V_L获得滑坡参考距离S_L。这两个参数信息的获得，可以粗略估算出滑坡的垂直距离以及坡面距离，有利于了解当前的滑坡区域范围，对于下一步预警、救灾有很大的帮助。

以上介绍的方法，可以尽最大的程度利用传感器的余热，大大节约了成本，而且由于传感器停止工作是可以瞬间获知的，例如，一旦数据中心收不到传感器的信号，基本上就可以判断传感器停止工作了，停止工作的时间可以很精确的记录下来。当然，实际情况到底是传感器彻底损坏，还是信号被阻挡仍然是不清楚的。因此，本发明还提供了下述的方案，用以判断传感器是否真的损坏。

图2显示的是根据本发明的另一个具体实施例的用于地震滑坡灾害测量的方法中检测传感器损坏的模块示意图。如图所示，每个传感器100均带有为其供电的蓄电池101，另外还带有向数据中心传输传感器100的信号的无线发射设备102；无线发射设备102具有与蓄电池101连接的柔性电缆103，以及与传感器100连接的柔性数据线104；无线发射设备102与一个可充气气球105捆绑连接在一起，可充气气球105可通过一个压缩气罐106对其中填充轻于空气的气体，即可充气气球105的充气口与一个装有轻于空气的气体的压缩气罐106的出气口连接在一起。

本发明的上述方案中，可以利用蓄电池101为传感器100和无线发生设备102供电，一旦地震滑坡发生之后，由于地震滑坡的影响使得蓄电池101为传感器100供电的线路断开，可以由该供电线路中设置的电磁阀自动启动开始为可充气气球105充气(后面将对此方案进一步说明)。或者，可以同时设置一个由振动触发的开关(图中未示出)，当滑坡冲击传感器100的时候，由滑坡的冲击动能触发该振动开关使压缩气罐106为可充气气球105充气。

图2所示实施例中，可充气气球105仅仅是示意性的表示，实际当其膨胀的时候体积会很大，足以将第二无线发射设备102带离地面。本实施例设置可充气气球105的目的是当地震滑坡灾害发生的时候，可以通过可充气气球105将无线发射设备102提升至一定的高度，便于其能够顺利的将传感器100的监测信号发送出去，一旦发现可充气气球105升起，则此处滑坡已经受到了影响，实际上可用于判断该处的滑坡情况，可用于估算滑坡的范围。

亦即，漂浮在空中的可充气气球105是很醒目的目标，在远处很容易观察，在一个优选实施例中，可以在每个可充气气球105上标记对应的传感器100的编号，利用漂浮在空中的可充气气球105上的编号，可以在三维模型地图上标记出停止工作的传感器100的位置。因为气球升起只是代表传感器受到了影响，如果同时收不到信号，则该气球所标示的传感器一般就是不工作了，因此这些位置的气球的漂浮位置、数量、分布情况可以直观获得初步的滑坡现场信息，可用于间接提供监测信息，不失为一举两得的优选设计。同时利用气球升起的现象以及是否能够收到传感器发出的信号，可以判断传感器是否真的损坏了。

在另一个实施例中，为了自动启动可充气气球105的自动充气，压缩气罐106与可充气气球105之间可以连接有一个电磁阀107，电磁阀107可以设置在蓄电池101为传感器100供电的线路中(图中没有画出类似的电路连接，但是本领域技术人员可以根据此处文字描述进行理解)，也可以同时通过前面提及的振动开关控制其开启。当地震滑坡发生之后，可以通过上述设计使可充气气球105带着无线发射设备102升到空中，从而可以无障碍的提供传输功能、标示出传感器的位置、乃至利用是否能够收到信号判断传感器是否真的损坏。

优选地，如图2所示，无线发射设备102固定连接在压缩气罐106上，可充气气球105充气后将无线发射设备102、压缩气罐106以及电磁阀107一起带离地面，可充气气球105由柔性电缆103和柔性数据线104与地面上的传感器100保持连接。本优选方案中，可充气气球105、压缩气罐106以及电磁阀107的结构可以很简单，不用设置过多的连接管道，同时可以采用轻质材料的压缩气罐106，例如铝合金制成的压缩气罐，其自重不大，利用可充气气球105可以很容易将整体结构带到空中，如果为了减轻重量缩小可充气气球105的体积，有可能需要设置很复杂的充气管道以及使可充气气球105和压缩气罐106脱离的结构，会大大增加成本。因此本实施例提供的方案结构非常简单，成本很低。

为了尽量减轻重量，在一个优选实施例中，可充气气球105进一步连接有一根牵引绳108，所述牵引绳108的长度大于柔性电缆103以及柔性数据线104的长度。本实施例的设置目的是用牵引绳108来固定可充气气球105使其不致于飘走，而不是用传输电力和信号的柔性电缆103以及柔性数据线104兼作固定可充气气球105的目的。这是因为用于传输电力和信号的柔性电缆103和柔性数据线104具有金属芯线，如果兼作拉扯用途，其自重就会相对较大。本实施例采用额外的牵引绳108，其可以用很细很轻但是强度很大的尼龙绳，而柔性电缆103和柔性数据线104由于无需考虑拉扯固定的功能，因而可以采用相对较细强度较小的线缆，可以减轻部分重量，这样就无需携带太多的轻质气体，可充气气球105的体积可以不用太大，进一步节约了成本。

本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。