一种地质灾害预警系统的制作方法

本发明属于地质灾害预警技术领域，尤其涉及一种地质灾害预警系统。

背景技术：

地质灾害是指由于自然或人为作用，多数情况下是二者协同作用引起的，在地球表层比较强烈地破坏人类生命财产和生存环境的岩土体移动事件。地质灾害在成因上具备自然演化和人为诱发的双重性，它既是自然灾害的组成部分，同时也属于人为灾害的范畴。在某种意义上，地质灾害已经是一个具有社会属性的问题，已经成为制约社会经济发展和人民安居的重要因素。因此，地质灾害防治就不仅是指预防、躲避和工程治理，在高层次的社会意识上更表现为努力提高人类自身的素质，通过制定公共政策或政府立法约束公众的行为，自觉地保护地质环境，从而达到避免或减少地质灾害的目的。然而，现有地质灾害预警系统对地质构造识别精度差；同时，不能详细的在地质模型显示灾害信息。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有地质灾害预警系统对地质构造识别精度差；同时，不能详细的在地质模型显示灾害信息。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种地质灾害预警系统。

本发明是这样实现的，一种地质灾害预警系统包括：

震动检测模块、地热检测模块、移动监测模块、地陷检测模块、主控模块、地质构造识别模块、灾害模型构建模块、判断模块、预警模块、显示模块；

震动检测模块，与主控模块连接，用于通过震动传感器检测地质震动数据；

地热检测模块，与主控模块连接，用于通过地热检测器检测地热数据；

移动监测模块，与主控模块连接，用于通过移动检测器检测地质移动数据；

地陷检测模块，与主控模块连接，用于通过地陷检测器检测地质塌陷数据；

主控模块，与震动检测模块、地热检测模块、移动监测模块、地陷检测模块、地质构造识别模块、灾害模型构建模块、判断模块、预警模块、显示模块连接，用于通过主控器控制各个模块正常工作；

地质构造识别模块，与主控模块连接，用于通过识别程序对地质构造进行识别；

灾害模型构建模块，与主控模块连接，用于通过建模程序构建地质灾害模型；

判断模块，与主控模块连接，用于通过判断程序对地质灾害程度进行判断；

预警模块，与主控模块连接，用于通过预警程序根据判断结果进行警报通知；

显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示检测的震动、地热、移动、地陷数据及识别结果、模型、判断结果。

进一步，所述地质构造识别模块识别方法如下：

(1)通过提取程序把地质构造信息的图像的噪声区域分割成y个区域，其中y为偶数，且所述区域为长方形区域或正方形区域，且区域的面积大小值其中i,j为区域的中间点像素值，且z为奇数值；

(2)计算每一个区域的平均变差函数r(θ)在水平方向的平均变差函数r(0°)及垂直方向上的平均变差函数r(90°)；再根据该区域的r(0°)及r(90°)计算出该区域的水平方向及垂直方向上的平均变差函数值的相对大小的变量η；

(3)根据η值来判断该区域的性质是平滑区、边缘区或复合区，当判断该区域为边缘区时，根据边缘的方向判断该区域属于水平区域或垂直区域；

(4)根据区域性质，对该区域在水平方向及垂直方向上进行相同或不同尺寸的小波变换。

进一步，所述区域若为平滑区域，则在水平和垂直方向分别进行第一尺度的小波变换，并找出水平方向小波变换的极大值点α和垂直方向小波变换的极大值点β。

进一步，所述(4)具体为，所述区域若为垂直区域，则在垂直方向进行第一尺度的小波变换，在水平方向进行第二尺度的小波变换，并找出水平方向小波变换的极大值点α和垂直方向小波变换的极大值点β，其中第一尺寸小于第二尺寸。

进一步，所述灾害模型构建模块构建方法如下：

1)通过建模程序收集并整理地质灾害信息模型相关数据，并对相关数据进行数字化处理；

2)构建三维地质灾害模型；基于数字化处理后的数据，构建地质灾害信息数据库；

3)将三维地质灾害模型与地质灾害信息数据库进行关联，建立三维地质灾害信息模型。

进一步，所述构建三维地质灾害模型包括：

构建地质灾害体表面：对获取的地质影像数据进行三维可视化分析以及影像动态分析处理，提取地质灾害体的表面范围、形状信息；将提取的地质灾害体的正射影像圈定，将圈定的范围转换成点的坐标数据，基于转换的坐标数据生成地质灾害体的边界线和地质灾害体表面，将生成的地质灾害体边界线和地质灾害体表面叠加到建立的三维地形环境模型中；

钻孔插值：根据已有钻孔数据，在已有钻孔间插入虚拟钻孔，再结合arcgis地统计方法中的克里金法进行钻孔数据的插值处理；

地质灾害体建模：通过对钻孔数据进行分层提取，构建出地质灾害所在区域的地层tin模型和地质灾害体的表面和底面tin模型，并确定每一层的不良地质范围，填充层间的岩层属性。

进一步，所述构建三维地形环境模型包括：对地形图进行矢量化处理，将含有高程值信息的等高线文件和高程点文件作为构建数字高程模型的数据源存放在数据库中，创建三维地形环境模型。

进一步，所述主控模块包括：

数据采集单元，用于获取震动检测模块、地热检测模块、移动监测模块、和地陷检测模块采集的地质监测数据；

统计单元，用于获取所述地质监测数据的解析配置信息，解析所述地质监测数据以获取解析数据，并对所述解析数据进行预处理以获取审核数据，统计单位时间内的所述审核数据以获取所述统计数据。

进一步，所述判断模块包括：

分类分析单元，用于通过分类算法对地质监测数据进行分析，预测某片区域发生地质灾害的概率，通过对照数据对地质灾害进行成因分析及预测；

聚类分析单元，用于通过聚类算法对灾害的各种影响因素进行聚类分析，区分出灾害的群体特征；

关联规则分析单元，用于通过关联规则挖掘算法，分析某片区域发生地质灾害的规律与降雨记录之间的关联规则；

回归分析单元，用于通过以线性回归为主的通用回归算法，分析地质灾害的成因；

向量相似度分析单元，用于通过向量相似度算法对两组数据的关联关系进行挖掘比较，挖掘降雨量变化规律与地质灾害发生规律之间的关联关系；

时间序列分析单元，用于以自回归移动平均模型为主的通用时间序列分析算法，基于地质灾害历史数据发现变化规律预测今后的地质灾害发生可能性。

进一步，所述预警模块将主控模块处理后的地质数据与地理信息结合生成灾害预警数据，当灾害预警数据超过警戒值时，监控平台通过无线信号将预警信息发送至超过警戒值的灾害预警数据对应的地区；

所述监控平台在所述灾害预警数据中，将超过警戒值和低于警戒值小于阈值的地理信息区域去除生成救援撤离数据；

当生成救援路线时，选定救援目标，并以所述救援撤离数据作为约束条件采用遗传算法生成救援路线；

当生成撤离路线时，根据所述灾害预警数据生成撤离目的地，并以所述救援撤离数据作为约束条件采用遗传算法生成撤离路线。

本发明的优点及积极效果为：本发明通过地质构造识别模块可以达到根据图像的不同区域的不同情况选择合适的尺寸参数从而提高地质构造识别精度；同时，通过灾害模型构建模块构建的三维地质灾害模型和灾害区域地质模型是基于插值后的钻孔数据构建而成，能够更真实地反映地质灾害在空间中的赋存状态；三维模型连接数据库，能够实现地质灾害信息的编辑和查询。

附图说明

图1是本发明实施例提供的地质灾害预警系统结构框图。

图中：1、震动检测模块；2、地热检测模块；3、移动监测模块；4、地陷检测模块；5、主控模块；6、地质构造识别模块；7、灾害模型构建模块；8、判断模块；9、预警模块；10、显示模块。

图2是本发明实施例提供的地质构造识别模块识别方法流程图。

图3是本发明实施例提供的灾害模型构建模块构建方法流程图。

图4是本发明实施例提供的主控模块结构示意图。

图5是本发明实施例提供的判断模块结构示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的地质灾害预警系统包括：震动检测模块1、地热检测模块2、移动监测模块3、地陷检测模块4、主控模块5、地质构造识别模块6、灾害模型构建模块7、判断模块8、预警模块9、显示模块10。

震动检测模块1，与主控模块5连接，用于通过震动传感器检测地质震动数据；

地热检测模块2，与主控模块5连接，用于通过地热检测器检测地热数据；

移动监测模块3，与主控模块5连接，用于通过移动检测器检测地质移动数据；

地陷检测模块4，与主控模块5连接，用于通过地陷检测器检测地质塌陷数据；

主控模块5，与震动检测模块1、地热检测模块2、移动监测模块3、地陷检测模块4、地质构造识别模块6、灾害模型构建模块7、判断模块8、预警模块9、显示模块10连接，用于通过主控器控制各个模块正常工作；

地质构造识别模块6，与主控模块5连接，用于通过识别程序对地质构造进行识别；

灾害模型构建模块7，与主控模块5连接，用于通过建模程序构建地质灾害模型；

判断模块8，与主控模块5连接，用于通过判断程序对地质灾害程度进行判断；

预警模块9，与主控模块5连接，用于通过预警程序根据判断结果进行警报通知；

显示模块10，与主控模块5连接，用于通过显示器显示检测的震动、地热、移动、地陷数据及识别结果、模型、判断结果。

如图2所示，本发明实施例提供的地质构造识别模块6识别方法如下：

s101，通过提取程序把地质构造信息的图像的噪声区域分割成y个区域，其中y为偶数，且所述区域为长方形区域或正方形区域，且区域的面积大小值其中i,j为区域的中间点像素值，且z为奇数值。

s102，计算每一个区域的平均变差函数r(θ)在水平方向的平均变差函数r(0°)及垂直方向上的平均变差函数r(90°)；再根据该区域的r(0°)及r(90°)计算出该区域的水平方向及垂直方向上的平均变差函数值的相对大小的变量η。

s103，根据η值来判断该区域的性质是平滑区、边缘区或复合区，当判断该区域为边缘区时，根据边缘的方向判断该区域属于水平区域或垂直区域。

s104，根据区域性质，对该区域在水平方向及垂直方向上进行相同或不同尺寸的小波变换。

本发明实施例提供的区域若为平滑区域，则在水平和垂直方向分别进行第一尺度的小波变换，并找出水平方向小波变换的极大值点α和垂直方向小波变换的极大值点β。

本发明实施例提供的步骤(4)具体为，所述区域若为垂直区域，则在垂直方向进行第一尺度的小波变换，在水平方向进行第二尺度的小波变换，并找出水平方向小波变换的极大值点α和垂直方向小波变换的极大值点β，其中第一尺寸小于第二尺寸。

如图3所示，本发明实施例提供的灾害模型构建模块7构建方法如下：

s201，通过建模程序收集并整理地质灾害信息模型相关数据，并对相关数据进行数字化处理。

s202，构建三维地质灾害模型；基于数字化处理后的数据，构建地质灾害信息数据库。

s203，将三维地质灾害模型与地质灾害信息数据库进行关联，建立三维地质灾害信息模型。

本发明实施例提供的构建三维地质灾害模型包括：

构建地质灾害体表面：对获取的地质影像数据进行三维可视化分析以及影像动态分析处理，提取地质灾害体的表面范围、形状信息；将提取的地质灾害体的正射影像圈定，将圈定的范围转换成点的坐标数据，基于转换的坐标数据生成地质灾害体的边界线和地质灾害体表面，将生成的地质灾害体边界线和地质灾害体表面叠加到建立的三维地形环境模型中；

钻孔插值：根据已有钻孔数据，在已有钻孔间插入虚拟钻孔，再结合arcgis地统计方法中的克里金法进行钻孔数据的插值处理；

地质灾害体建模：通过对钻孔数据进行分层提取，构建出地质灾害所在区域的地层tin模型和地质灾害体的表面和底面tin模型，并确定每一层的不良地质范围，填充层间的岩层属性。

本发明提供的构建三维地形环境模型包括：对地形图进行矢量化处理，将含有高程值信息的等高线文件和高程点文件作为构建数字高程模型的数据源存放在数据库中，创建三维地形环境模型。

如图4所示，本发明实施例中的主控模块5包括：

数据采集单元51，用于获取震动检测模块、地热检测模块、移动监测模块、和地陷检测模块采集的地质监测数据。

统计单元52，用于获取所述地质监测数据的解析配置信息，解析所述地质监测数据以获取解析数据，并对所述解析数据进行预处理以获取审核数据，统计单位时间内的所述审核数据以获取所述统计数据。

如图5所示，本发明实施例中的判断模块8包括：

分类分析单元81，用于通过分类算法对地质监测数据进行分析，预测某片区域发生地质灾害的概率，通过对照数据对地质灾害进行成因分析及预测。

聚类分析单元82，用于通过聚类算法对灾害的各种影响因素进行聚类分析，区分出灾害的群体特征。

关联规则分析单元83，用于通过关联规则挖掘算法，分析某片区域发生地质灾害的规律与降雨记录之间的关联规则。

回归分析单元84，用于通过以线性回归为主的通用回归算法，分析地质灾害的成因。

向量相似度分析单元85，用于通过向量相似度算法对两组数据的关联关系进行挖掘比较，挖掘降雨量变化规律与地质灾害发生规律之间的关联关系。

时间序列分析单元86，用于以自回归移动平均模型为主的通用时间序列分析算法，基于地质灾害历史数据发现变化规律预测今后的地质灾害发生可能性。

本发明实施例中的预警模块将主控模块处理后的地质数据与地理信息结合生成灾害预警数据，当灾害预警数据超过警戒值时，监控平台通过无线信号将预警信息发送至超过警戒值的灾害预警数据对应的地区。

所述监控平台在所述灾害预警数据中，将超过警戒值和低于警戒值小于阈值的地理信息区域去除生成救援撤离数据。

当生成救援路线时，选定救援目标，并以所述救援撤离数据作为约束条件采用遗传算法生成救援路线。

当生成撤离路线时，根据所述灾害预警数据生成撤离目的地，并以所述救援撤离数据作为约束条件采用遗传算法生成撤离路线。

本发明实施例工作时，首先，通过震动检测模块1利用震动传感器检测地质震动数据；通过地热检测模块2利用地热检测器检测地热数据；通过移动监测模块3利用移动检测器检测地质移动数据；通过地陷检测模块4利用地陷检测器检测地质塌陷数据；其次，主控模块5通过地质构造识别模块6利用识别程序对地质构造进行识别；通过灾害模型构建模块7利用建模程序构建地质灾害模型；通过判断模块8利用判断程序对地质灾害程度进行判断；然后，通过预警模块9利用预警程序根据判断结果进行警报通知；最后，通过显示模块10利用显示器显示检测的震动、地热、移动、地陷数据及识别结果、模型、判断结果。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。