地质灾害预警系统及方法与流程

本发明涉及地质灾害预警技术领域，具体涉及一种地质灾害预警系统及方法。

背景技术：

地质灾害在我国山地和丘陵地区比较常见地质灾害往往是与恶劣天气相关联，所以在山地丘陵地带，如果降雨量过大，就容易出现山体滑坡、泥石流、地面塌陷或山洪暴发等自然灾害。。而且一旦出现了严重的地质灾害，就会对人民的生命安全带来很大的威胁，同时也会造成大量的财产损失。

现有技术中的地质灾害预警多是通过固定于地面的设备采集地质信息进行预警，没有考虑其他潜在影响因素，预警精准度不高，且无法对防治工作进行指导。

技术实现要素：

本申请提供一种地质灾害预警系统及方法，能够解决现有技术中预警精准度不高，且无法对防治工作进行指导的问题。

本发明提供了一种地质灾害预警系统，包括：

监测模块，用于获取监测区域内各监测点的监测数据，所述监测数据包括地质体内数据、地质体外数据、和生物活动数据；

评估模块，用于将监测区域内各监测点的监测数据输入地质灾害模型中，对灾害类型、灾害等级和影响范围进行评估，生成所述监测区域的评估结果；

防治模块，用于当所述评估结果符合预设防治条件时，生成防治方案和责任主体，并将所述防治方案发送至所述责任主体；

预警模块，用于当所述评估结果符合预设预警条件时，生成预警信息和预警范围，并将所述预警信息发送至预警范围内的管理部门。

优选地，所述监测模块还用于：

根据地质灾害防治规划获取监测区域；

对所述监测区域的地质结构、地形结构、网络环境和交通环境进行分析，以获取所述监测区域的各监测点；

根据各监测点的监测设备及采集的数据类型，建立基于多源融合的实时监测网络。

优选地，所述监测模块包括：

采样单元，用于对监测区域内的监测点按照预设监测频率采集监测数据，获取时间上连续的监测数据序列，所述预设监测频率包括至少两组；

发送单元，用于按照预设发送频率向所述评估模块发送所述监测数据序列；

切换单元，用于接收控制信号，对采样单元内的监测频率进行切换。

优选地，所述评估模块还用于存储历史强度评价和潜在强度评价，辅助所述地质灾害模型对比所述监测数据，以输出所述监测区域的评估结果。

优选地，所述评估模块还包括：

坐标配准单元，用于对所述监测数据、历史强度评价和潜在强度评价进行地理坐标配准，将配准后的所述监测数据输入至所述地质灾害模型；

图层叠加单元，用于按照监测区域的位置将评估报告与基础数字地图图层进行叠加处理，以便进行动态展示。

优选地，所述评估模块还用于动态可视化显示所述评估结果，所述评估结果包括模拟灾害的演变过程和发展趋势。

优选地，所述防治模块还用于发送所述治理方案后，在预设时间段内获取治理数据，根据所述治理数据和更新的评估结果获取治理效果评价。

优选地，所述预警模块包括：

信息生成单元，用于判断所述评估结果中的灾害等级是否符合预设预警条件，并当符合所述预设预警条件时，根据所述灾害类型和所述影响范围生成对应的预警信息；

预警管理单元，用于根据所述预警信息从存储的应急预案中获取所述影响范围内的管理部门，并向所述管理部门发送所述预警信息；

预警广播单元，用于基于所述影响范围，开启对应的广播设备进行预警信息的广播。

优选地，所述预警模块还包括：

分级策略单元，用户根据所述影响范围估算待通知设备的数量，并根据所述数量获取通知分级策略，并根据所述分级策略对所述通知设备进行优先级排序；

预警通知单元，用于按照所述优先级排序向所述通知设备发送所述预警信息。

本发明还提供了一种地质灾害预警方法，包括：

获取监测区域内各监测点的监测数据，所述监测数据包括地质体内数据、地质体外数据、和生物活动数据；

将监测区域内各监测点的监测数据输入地质灾害模型中，对灾害类型、灾害等级和影响范围进行评估，生成所述监测区域的评估结果；

当所述评估结果符合预设防治条件时，生成防治方案和责任主体，并将所述防治方案发送至所述责任主体；

当所述评估结果符合预设预警条件时，生成预警信息和预警范围，并将所述预警信息发送至预警范围内的管理部门。

本发明的地质灾害预警系统通过监测模块采集地质体内数据和地质外数据等监测数据，通过地质灾害模型进行多因素多角度评价得到评估结果，当所述评估结果符合预设防治条件时，向所述提醒对象发送所述评估结果；当所述评估结果符合预设预警条件时，在所述影响范围内发送所述预警信息；通过上述方式，本发明的地质灾害预警系统提高了预警精准度，且能够对防治工作进行指导。

附图说明

图1是本发明第一实施例的地质灾害预警系统的结构示意图。

图2是本发明第一实施例的系统中地质灾害模型的潜在因子层次图。

图3是本发明第一实施例的系统中灾害等级示意图。

图4是本发明第一实施例的系统中基于gis的评估过程原理图。

图5是本发明第二实施例的地质灾害预警方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

图1是本发明第一实施例的地质灾害预警系统的结构示意图。如图1所示，该地质灾害预警系统100包括：监测模块10、评估模块20、防治模块30和预警模块40。

其中，监测模块10用于获取监测区域内各监测点的监测数据，该监测数据包括地质体内数据、地质体外数据和生物活动数据。

在本实施例中，在每个监测区域设置一个或多个监测点，在每个监测点布设监测传感器，以采集该监测点的地质体内数据，该地质体内数据可以包括但不限于：位移场(深部断层位移、地面沉降位移、斜坡位移)、地应力场(构造应力、自重应力)、孔隙水压力场、水化学场、声波场、电磁场等数据中的一种或多种的组合。同时，获取监测点的地质体外数据，该地质体外数据包括但不限于：气象数据(降雨、冻融等)、河岸侵蚀数据和人类活动数据中的一种或多种的组合。进一步地，还可以获取监测点的生物活动数据，该生物活动数据包括但不限于：动物异常数据以及群防群策举报信息。

在本实施例中，从地质体内数据、地质体外数据、和生物活动数据三个方面着手，从大数据思维角度综合考虑了多源异构数据之间的潜在关联，提高了数据采集的全面性和完整性。

在一个可选的实施方式中，该监测模块10可以按照预设监测频率采集监测数据，将采集的监测数据实时发送至该评估模块20。该预设监测频率可以为一周、一日、一小时或10分钟。

在另一个可选的实施方式中，该监测模块10进一步包括：采样单元101和发送单元102，其中，该采集单元101用于对监测区域内的监测点按照预设监测频率采集监测数据，获取时间上连续的监测数据序列，该预设监测频率包括至少两组。该发送单元102用于按照预设发送频率向该评估模块20发送该监测数据序列。该预设监测频率可以为一周、一日、一小时或10分钟；该预设发送频率可以为一周。也就是说，该监测模块10可以对发送单元102的发送频率进行调节，以减少户外采集设备电量的消耗。进一步地，该监测模块10还包括切换单元104，用于接收控制信号，对采样单元101内的监测频率进行切换。

进一步地，该监测模块10还包括监测点获取单元103，用于根据地质灾害防治规划获取监测区域；对该监测区域的地质结构、地形结构、网络环境和交通环境进行分析，以获取该监测区域的各监测点；根据各监测点的监测设备及采集的数据类型，建立基于多源融合的实时监测网络。其中，《地质灾害防治规划》包括下列内容：①主要灾害点的分布；②地质灾害的威胁对象、范围；③重点防范期；④地质灾害防治措施；⑤地质灾害的监测、预防责任人。具体地，监测点获取单元103可以根据《地质灾害防治规划》中的主要灾害点的地质结构和地形结构、以及网络环境、交通便利程度等综合因素，设置地质灾害的监测点，确保监测数据准确、且易于传达。

其中，评估模块20用于将监测区域的该监测数据输入地质灾害模型中，对灾害类型、灾害等级和影响范围进行评估，生成该监测区域的评估结果。

在本实施例中，灾害类型包括滑坡、泥石流和地面塌陷，可以根据监测数据分别对监测区域的崩塌、滑坡、泥石流和地面塌陷进行评估。

在本实施例中，构建的地质灾害模型包括潜在强度评估模型和历史强度评估模型。以下通过图2所示的层次分析评估模型为例对所述潜在评估模型进行阐释说明，其中第一层设有如下潜在因子：地质条件a1、地形地貌条件a2、气候植被条件a3和人为条件a4，第二层设有如下潜在因子：与地质条件a1对应的地质构造a11、岩土体特征a12、地下水活动a13、新构造运动a14和岩溶发育a15；与地形地貌条件a2对应的地貌类型a21、相对高差a22和山坡坡度a23；与气候植被条件a3对应的降水量a31和植被覆盖率a32；与人为条件a4对应的工况密度a41和植被破坏情况a42。各潜在因子的权重根据历史地质灾害数据的分析结果进行设置，例如，针对崩塌地质灾害设置一套潜在因子的权重，针对滑坡地质灾害设置一套潜在因子的权重，针对泥石流设置一套潜在因子的权重，针对地面塌陷设置一套潜在因子的权重。

在一个可选的实施方式中，该评估模块20包括：历史强度评价单元201、潜在强度评价单元202和评估结果生成单元203。

具体地，该历史强度评价单元201用于根据监测区域的历史灾害数据对各历史因子进行评价，以获取监测区域的对应灾害的各历史因子的评价值；根据各历史因子的权重和评价值计算历史因子的历史强度值。例如，在本实施例中，包括三个历史因子，分别是规模b1、密度b2和频率b3。各历史因子的权重根据历史地质灾害数据的分析结果进行设置，例如，针对崩塌地质灾害设置一套历史因子的权重，针对滑坡地质灾害设置一套历史因子的权重，针对泥石流设置一套历史因子的权重，针对地面塌陷设置一套历史因子的权重。在进行历史强度评价时，分别针对不同的灾害进行评价。

具体地，该潜在强度评价单元202用于根据监测区域的监测数据对各潜在因子进行评价，以获取监测区域的对应灾害的各潜在因子的评价值；根据各潜在因子的权重和评价值计算潜在因子的潜在强度值。在进行潜在强度评价时，分别针对不同的灾害进行评价。更进一步地，结合图2所示的层次图，潜在强度评价单元202用于：首先，根据监测区域的监测数据对第一层潜在因子的各第二层潜在因子进行评价，以获取监测区域的第一层潜在因子的各第二层潜在因子的评价值；然后，根据各第二层潜在因子的权重和评价值计算第一层潜在因子的评价值；最后，根据各第一层潜在因子的权重和评价值计算潜在因子的潜在强度值。需要说明的是，每一个潜在因子可能对应监测数据中的一项或多项或全部，对获取该潜在因子的评价值时，需要考虑与该潜在因子对应的每项监测数据，例如，监测数据包括：位移场、地应力场、孔隙水压力场、水化学场、声波场、电磁场、降雨、冻融、河岸侵蚀数据、人类活动数据、动物异常数据和群防群策举报信息，其中，位移场、地应力场、孔隙水压力场、水化学场、声波场、电磁场与地质构造a11、岩土体特征a12、地下水活动a13、新构造运动a14和岩溶发育a15均相关，位移场、地应力场、孔隙水压力场、水化学场、声波场、电磁场的数据可以用于对地质构造a11、岩土体特征a12、地下水活动a13、新构造运动a14和岩溶发育a15进行评估。

具体地，该评估结果生成单元203用于根据历史强度值和潜在强度值计算对应监测区域的危险指数，根据危险指数确定灾害等级，根据该灾害等级确定影响范围，以生成该评估结果。在本实施例中，不同的灾害等级对应不同的后续处理策略，灾害等级如图3所示，级别“0”表示无灾难，不需进行处理；级别“i”对应防治策略；级别“ii”、“iii”和“iv”对应预警策略。例如，可以为每个等级设置对应等级的危险指数阈值，级别“i”、“ii”、“iii”和“iv”分别对应第一阈值、第二阈值、第三阈值和第四阈值，危险指数小于该第一阈值，对应级别“0”；危险指数大于或等于该第一阈值且小于该第二阈值，对应级别“i”；危险指数大于或等于该第二阈值且小于该第三阈值，对应级别“ii”；危险指数大于或等于该第三阈值且小于该第四阈值，对应级别“iii”；危险指数大于或等于该第四阈值，对应级别“iv”。

进一步地，评估模块20还用于存储历史强度评价和潜在强度评价，辅助该地质灾害模型对比该监测数据，以输出该监测区域的评估结果。

在另一个可选的方式中，该评估模块20还用于动态可视化显示该评估结果，包括模拟灾害的演变过程和发展趋势，具体地，该评估模块20还包括坐标配准单元204和图层叠加单元205，其中，该坐标配准单元204用于对该监测数据、历史强度评价和潜在强度评价进行地理坐标配准，将配准后的该监测数据输入至该地质灾害模型。其中，图层叠加单元205用于按照监测区域的位置将评估报告与基础数字地图图层进行叠加处理，以便进行动态展示。进一步地，图层叠加单元205还可以按照监测区域的位置将评估数据与基础数字地图图层进行叠加处理，该评估数据为该历史数据或该评估结果或该历史因子的历史强度值或该潜在因子的潜在强度值或任一该历史因子的评价值或任一该潜在因子的评价值。图层叠加单元205可以将评估结果及中间评估过程结果进行可视化展示。

在一个可选的实施方式中，以上评估过程可以结合gis进行可视化展示。在可视化过程中，其基本显示模块如图4所示，地形地貌专区图、气候植被专区图、地质条件专区图为根据不同监测区域的地形地貌数据、气候植被数据和地质条件数据分别与基础数字地图图层叠加形成，以将不同监测区域的自然条件数据进行可视化展示；地面塌陷分布图、滑坡分布图、崩塌分布图和泥石流分布图为根据不同监测区域的地面塌陷历史数据、滑坡历史数据、崩塌历史数据和泥石流历史数据分别与基础数字地图图层叠加形成，以将不同监测区域的不同类型的灾害历史数据进行可视化展示；随后，对上述各图进行gis空间分析，提取上述的各历史因子和各潜在因子；随后，在地质灾害模型运算过程中，还可以将评估过程的中间数据进行可视化展示，例如，潜在强度分区图中的地形地貌条件分区图为不同监测区域的地形地貌条件a2的某灾害类型的评价值与基础数字地图图层叠加形成，历史强度分区图中的历史规模分区图未不同监测区域的某灾害类型的规模b1的评价值与基础数字地图图层叠加形成；最后，将不同监测区域的危险指数进行可视化，危险程度分区图为不同监测区域的某灾害类型的危险指数与基础数字地图图层叠加形成。

其中，防治模块30，用于当该评估结果符合预设防治条件时，生成防治方案和责任主体，并将该防治方案发送至该责任主体。

在本实施例中，责任主体为该监测区域该灾害类型的负责人，收到评估结果之后，责任主体进行预防和治理。在一个可选的实施方式中，该防治模块30进一步地包括跟进单元301，该跟进单元301用于发送该治疗方案后，在预设时间段内获取治理数据，根据该治理数据和更新的评估结果获取治理效果评价。例如，该预设时间段可以为1天、5天或7天。

具体地，比如，持续降雨导致监测区域a的实时监测数据发生变化，但未达到滑坡的预警等级，对应的责任人可以采取增加主动防护系统进行加固、或被动防护系统阻止崩塌岩石土体下坠等治理手段，治理手段中的具体参数则形成了治理数据。

其中，预警模块40用于当该评估结果符合预设预警条件时，生成预警信息和预警范围，并将该预警信息发送至预警范围内的管理部门。

在本实施例中，预警模块40用于实现纵向到底、横向到边的预警整合目标。例如，以市级地质灾害的预警系统为例，纵向到底，是指向上与国家、省平台对接，向下延伸到县、乡镇及村，解决预警信息发布“最后一公里，关键一小时”的困境。横向到边，是指与全市各应急单位预警信息接口对接，建设气象、三防、地震和应急等部门信息资源共享的平台，同时接入地震、海事、电力、公安和应急等部门应急平台和视频监控，搭建多元协同的预警信息系统和支撑平台，实现预警信息互联互通，便于指挥部门统一指挥和调度。

在一个可选的实施方式中，该预警模块40进一步包括：信息生成单元401、预警管理单元402、预警广播单元403、分级策略单元404和预警通知单元405，其中，信息生成单元401用于判断该评估结果中的灾害等级是否符合预设预警条件，并当符合该预设预警条件时，根据该灾害类型和该影响范围生成对应的预警信息；预警管理单元402用于根据该预警信息从存储的应急预案中获取该影响范围内的管理部门，并向该管理部门发送该预警信息；预警广播单元403用于基于该影响范围，开启对应的广播设备进行预警信息的广播；分级策略单元404用户根据该影响范围估算待通知设备的数量，并根据该数量获取通知分级策略，并根据该分级策略对该通知设备进行优先级排序；预警通知单元405用于按照该优先级排序向该通知设备发送该预警信息。

具体地，预警通知模块405可以与监测区域内的网络接口设备通信连接，通过网络接口设备向各通知设备发送预警信息，该网络接口设备包括基站、广播电台、云服务器等设备，通信单元402通过该影响范围内的电视、微博、广播、短信、微信等方式进行定向推送该预警信息。预警通知单元405可以通过(1)户籍信息等行政定位方式、(2)卫星定位、基站定位等室外定位技术和(3)wifi定位、rfid定位、视觉定位、红外定位、超声波定位等室内定位技术将预警信息精准推送到影响范围内的每一用户。其中，推送的对象既包括当前在影响范围内的用户，也包括经常在影响范围内活动的用户，以及曾出现在影响范围内的用户。

在本实施例中，该分级策略单元404根据获取的通知设备的数量获取分级策略，根据该分级策略对该通知设备进行分级，并按照优先级从高到低的顺序向该通知设备发送该预警信息。例如，当通知设备数量超过预设数量阈值，服务运营商推送能力不足的情况下，为了优先确保生命安全，优先将预警信息发送至待疏散的常住用户，然后将预警信息发送至经常在影响范围内活动的用户，然后将预警信息发送至曾出现在影响范围内的用户。

随着传统灾害预警弊端不断呈现，与之相对应，大数据日益成为灾害预警的新趋势，本发明实施例的地质灾害预警系统基于多源异构大数据的理念具有如下优势：(1)在数据采集层面，通过监测模块建立基于多种信息源的监测网络，形成全样本、全要素和全方位的采集，旨在提高数据的完整性；(2)在数据分析层面，通过评估模块进行多源异构数据的结构化转换和复杂相关分析，提高预测的准确度；(3)在数据应用方面，通过防治模块进行日常预防和治理，并将治理结果反馈给模型，用于进行结果矫正的闭环处理；(4)在预警处理方面，通过预警模块，实现了以“互联网+”预警取代“行政化”预警、以“精准预警”取代“模糊预警”、以“快速预警”取代“滞后通知”的个性化预警服务。

图5是本发明第二实施例的地质灾害预警方法的流程示意图。需注意的是，若有实质上相同的结果，本发明的方法并不以图5所示的流程顺序为限。如图5所示，该地质灾害预警方法包括步骤：

s201，获取监测区域内各监测点的监测数据，该监测数据包括地质体内数据、地质体外数据、和生物活动数据。

s202，将监测区域内各监测点的监测数据输入地质灾害模型中，对灾害类型、灾害等级和影响范围进行评估，生成该监测区域的评估结果。

s203，当该评估结果符合预设防治条件时，生成防治方案和责任主体，并将该防治方案发送至该责任主体。

s204，当该评估结果符合预设预警条件时，生成预警信息和预警范围，并将该预警信息发送至预警范围内的管理部门。

由于本实施例的地质灾害预警方法解决问题的原理与上述地质灾害预警系统相似，因此地质灾害预警方法的实施可以参见地质灾害预警系统的实施，重复之处不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。