本发明属于崩塌防治工程
技术领域：
，尤其涉及一种崩塌防治工程系统。
背景技术：
：崩塌一般出现在山区，特别是在雨水丰沛和地震带附近的山区，由于自然灾害的不确定性，很难及时的对危害进行防治和处理，给人们的生命财产安全带来隐患。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种崩塌防治工程系统，旨在解决自然灾害的不确定性，很难及时的对危害进行防治和处理，给人们的生命财产安全带来隐患的问题。本发明是这样实现的，一种崩塌防治工程系统，设置有山体、水沟、水沟盖板、防护堤坝，所述山体的上端设置有用于检测降雨量的雨水测量模块，在山体斜坡上设置有用于检测山体温度的温度检测模块，温度检测模块的下端设置有用于检测山体震动的震动检测模块；山体的下端设置有水沟，水沟上设置有水沟盖板，水沟的右端设置有防护堤坝；雨水测量模块、温度检测模块、震动检测模块的输出端与计算机终端连通；所述雨水测量模块包括：雨水收集瓶、位移传感器、信号发射器；用来收集雨水的雨水收集瓶；位于雨水收集瓶内部，用来检测雨水收集瓶内雨水上平面位移数据的位移传感器；与位移传感器输出端连通，用于发射传感器传输信号的信号发射器。进一步，所述位移传感器量测模型如下：YA(tk-1)、YA(tk)、YA(tk+1)分别为位移传感器A对目标在tk-1,tk,tk+1时刻的本地笛卡尔坐标系下的量测值，分别为：YA(tk-1)=Y′A(tk-1)-CA(tk-1)ξA(tk-1)+nYA(tk-1)---(1)]]>YA(tk)=Y′A(tk)-CA(tk)ξA(tk)+nYA(tk)---(2)]]>YA(tk+1)=Y′A(tk+1)-CA(tk+1)ξA(tk+1)+nYA(tk+1)---(3)]]>其中，Y'A(tk-1)、Y'A(tk)、Y'A(tk+1)分别为位移传感器A在tk-1,tk,tk+1时刻的本地笛卡尔坐标系下的真实位置；CA(t)为误差的变换矩阵；ξA(t)为传感器的系统误差；为系统噪声，假设为零均值、相互独立的高斯型随机变量，噪声协方差矩阵分别为RA(k-1)、RA(k)、RA(k+1)。进一步，采用三点抛物线插值法的进行内插外推时间配准算法得位移传感器A在tBk时刻在本地直角坐标系下的量测值为：其中，tBk为配准时刻，tk-1,tk,tk+1为位移传感器A距离配准时刻最近的三个采样时刻，YA(tk-1),YA(tk),YA(tk+1)分别为其对应的对目标的探测数据。进一步，所述信号发射器包括：介质板、辐射贴片单元、接地板、微带馈线；所述辐射贴片单元和微带馈线设置在所述介质板的正面，所述接地板设置在所述介质板的背面；所述辐射贴片单元距离介质板的左边距为4.5mm,右边距为7.5mm，上边距为5mm，下边距为12.5mm；辐射贴片单元实际长度计算参考公式：L=λ02ξe-0.824h(ξe+0.3)(W/h+0.264)(ξe-0.258)(W/h+0.8),ξe=ξr+12+ξr-12(1+12hW)-12;]]>辐射贴片单元宽度的计算公式为：W=cλ02(ξr+12)-12;]]>所述馈电端口处微带馈线采用50Ω的特性阻抗，宽度计算可参考下列公式：Wh=8eAe2A-2W/h<22[B-1-ln(377πZ0ξr-1)]π+ξr-12ξr[ln377π2Z0ξr-1)-0.61ξr+0.39]W/h>2]]>A=ξr-1ξr+1(0.23+0.61ξr)+Z060ξr+12;]]>其中ξr为介质相对介电常数；h为介质层厚度；W为辐射贴片单元宽度。进一步，所述位移传感器设置有信号检测模块，所述信号检测的信号处理方法包括：第一步，将Reived_V1或Reived_V2中的射频或中频采样信号进行NFFT点数的FFT运算，然后求模运算，将其中的前NFFT/2个点存入VectorF中，VectorF中保存了信号x2的幅度谱；第二步，将分析带宽Bs分为N块相等的Block，N＝3，4，.....，每一个Block要进行运算的带宽为Bs/N，设要分析带宽Bs的最低频率为FL，这里FL＝0，则块nBlock，n＝1...N，所对应的频率区间范围分别是[FL+(n-1)Bs/N，FL+(n)Bs/N]，将VectorF中对应的频段的频率点分配给每个block，其中nBlock分得的VectorF点范围是[Sn，Sn+kn]，其中表示每段分得的频率点的个数，而表示的是起始点，fs是信号采样频率，round(*)表示四舍五入运算；第三步，对每个Block求其频谱的能量Σ||2，得到E(n)，n＝1...N；第四步，对向量E求平均值第五步，求得向量E的方差和第六步，更新标志位flag，flag＝0，表示前一次检测结果为无信号，此种条件下，只有当σsum>K2时判定为当前检测到信号，flag变为1；当flag＝1，表示前一次检测结果为有信号，此种条件下，只有当σsum<K1时判定为当前未检测到信号，flag变为0，K1和K2为门限值，由理论仿真配合经验值给出，K2>K1；第七步，根据标志位控制后续解调线程等是否开启：flag＝1，开启后续解调线程等，否则关闭后续解调线程。进一步，所述温度检测模块设置有跳频混合信号预处理模块，所述跳频混合信号预处理模块的信号处理方法包括：对跳频混合信号时频域矩阵进行预处理，具体包括如下两步：第一步，对进行去低能量预处理，即在每一采样时刻p，将幅值小于门限ε的值置0，得到门限ε的设定可根据接收信号的平均能量来确定；第二步，找出p时刻(p＝0,1,2,…P-1)非零的时频域数据，用表示，其中表示p时刻时频响应非0时对应的频率索引，对这些非零数据归一化预处理，得到预处理后的向量b(p,q)＝[b1(p,q),b2(p,q),…,bM(p,q)]T，其中进一步，所述震动检测模块设置有频率归一化处理模块，所述频率归一化处理模块的方法包括：利用聚类算法估计每一跳的跳变时刻以及各跳对应的归一化的混合矩阵列向量、跳频频率时，包括以下步骤：第一步，在p(p＝0，1，2，…P-1)时刻，对表示的频率值进行聚类，得到的聚类中心个数表示p时刻存在的载频个数，个聚类中心则表示载频的大小，分别用表示；第二步，对每一采样时刻p(p＝0，1，2，…P-1)，利用聚类算法对进行聚类，同样可得到个聚类中心，用表示；第三步，对所有求均值并取整，得到源信号个数的估计即N^=round(1pΣp=0P-1N^p);]]>第四步，找出的时刻，用ph表示，对每一段连续取值的ph求中值，用表示第l段相连ph的中值，则表示第l个频率跳变时刻的估计；第五步，根据第二步中估计得到的以及第四步中估计得到的频率跳变时刻估计出每一跳对应的个混合矩阵列向量具体公式为：a^n(l)=1p‾h(1)·Σp=1,p≠php‾h(1)bn,p0l=1,1p‾h(l)-p‾h(l-1)·Σp=p‾h(l-1)+1,p≠php‾h(l)bn,p0l>1,,n=1,2,...,N^]]>这里表示第l跳对应的个混合矩阵列向量估计值；第六步，估计每一跳对应的载频频率，用表示第l跳对应的个频率估计值，计算公式如下：f^c,n(l)=1p‾h(1)·Σp=1,p≠php‾h(1)fon(p)l=1,1p‾h(l)-p‾h(l-1)·Σp=p‾h(l-1)+1,p≠php‾h(l)fon(p)l>1,,n=1,2,...,N^;]]>估计得到的归一化混合矩阵列向量估计时频域跳频源信号，具体步骤如下：对所有采样时刻索引p判断该时刻索引属于哪一跳，具体方法为：如果则表示时刻p属于第l跳；如果则表示时刻p属于第1跳；对第l(l＝1,2,…)跳的所有时刻pl，估计该跳各跳频源信号的时频域数据，计算公式如下：S~j(pl,q)=1||a^j(l)||2·a^jH(l)×X~1(pl,q)X~2(pl,q)···X~M(pl,q)j=argmaxj0=1,2,...,N^(|[X~1(pl,q),X~2(pl,q),...,X~M(pl,q)]H×a^j0(l)|)S~m(pl,q)=0,m=1,2,...,M,m≠jq=0,1,2,...,Nfft-1.]]>进一步，所述频率归一化处理模块设置有拼接单元，所述拼接单元的处理方法包括：对不同跳频点之间的时频域跳频源信号进行拼接，具体步骤如下：第一步，估计第l跳对应的个入射角度，用表示第l跳第n个源信号对应的入射角度，的计算公式如下：θ^n(l)=1M-1Σm=2Msin-1[angle(a^n,m(l)/a^n,m-1(l))*c2πf^c,n(l)d],n=1,2,...,N^]]>表示第l跳估计得到的第n个混合矩阵列向量的第m个元素，c表示光速，即vc＝3×108米/秒；第二步，判断第l(l＝2，3，…)跳估计的源信号与第一跳估计的源信号之间的对应关系，判断公式如下：mn(l)=argminm|θ^m(l)-θ^n(1)|,n=1,2,...,N^]]>其中mn(l)表示第l跳估计的第mn(l)个信号与第一跳估计的第n个信号属于同一个源信号；第三步，将不同跳频点估计到的属于同一个源信号的信号拼接在一起，作为最终的时频域源信号估计，用Yn(p,q)表示第n个源信号在时频点(p,q)上的时频域估计值，p＝0,1,2,....,P，q＝0,1,2,...,Nfft-1，即本发明提供的崩塌防治工程系统将对山体的降雨量检测、温度检测和震动量检测来及时的发送给计算机终端，人们通过分析确定该检测地段崩塌的可能性，若存在危险，及时通知有关部门对该地区进行相关的道路封锁甚至对该地区居民进行扩散，保护好人们的生命财产安全。水沟可迅速的将雨水排出山体，防护堤坝可一定程度的阻挡岩石滚落到堤坝另一侧，保护人们的安全。附图说明图1是本发明实施例提供的崩塌防治工程系统的结构示意图；图中：1、雨水测量模块；2、温度检测模块；3、震动检测模块；4、山体；5、水沟；6、水沟盖板；7、防护堤坝。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。如图1所示，本发明实施例的崩塌防治工程系统包括：雨水测量模块1、温度检测模块2、震动检测模块3、山体4、水沟5、水沟盖板6、防护堤坝7。山体4的上端设置有用于检测降雨量的雨水测量模块1，在山体4斜坡上设置有用于检测山体4温度的温度检测模块2，温度检测模块2的下端设置有用于检测山体4震动的震动检测模块3；山体4的下端设置有水沟5，水沟5上设置有水沟盖板6，水沟5的右端设置有防护堤坝7；雨水测量模块1、温度检测模块2、震动检测模块3的输出端与计算机终端连通。所述的雨水测量模块1包括：雨水收集瓶、位移传感器、信号发射器；用来收集雨水的雨水收集瓶；位于雨水收集瓶内部，用来检测雨水收集瓶内雨水上平面位移数据的位移传感器；与位移传感器输出端连通，用于发射传感器传输信号的信号发射器。进一步，所述位移传感器量测模型如下：YA(tk-1)、YA(tk)、YA(tk+1)分别为位移传感器A对目标在tk-1,tk,tk+1时刻的本地笛卡尔坐标系下的量测值，分别为：YA(tk-1)=Y′A(tk-1)-CA(tk-1)ξA(tk-1)+nYA(tk-1)---(5)]]>YA(tk)=Y′A(tk)-CA(tk)ξA(tk)+nYA(tk)---(6)]]>YA(tk+1)=Y′A(tk+1)-CA(tk+1)ξA(tk+1)+nYA(tk+1)---(7)]]>其中，Y'A(tk-1)、Y'A(tk)、Y'A(tk+1)分别为位移传感器A在tk-1,tk,tk+1时刻的本地笛卡尔坐标系下的真实位置；CA(t)为误差的变换矩阵；ξA(t)为传感器的系统误差；为系统噪声，假设为零均值、相互独立的高斯型随机变量，噪声协方差矩阵分别为RA(k-1)、RA(k)、RA(k+1)。进一步，采用三点抛物线插值法的进行内插外推时间配准算法得位移传感器A在tBk时刻在本地直角坐标系下的量测值为：其中，tBk为配准时刻，tk-1,tk,tk+1为位移传感器A距离配准时刻最近的三个采样时刻，YA(tk-1),YA(tk),YA(tk+1)分别为其对应的对目标的探测数据。进一步，所述信号发射器包括：介质板、辐射贴片单元、接地板、微带馈线；所述辐射贴片单元和微带馈线设置在所述介质板的正面，所述接地板设置在所述介质板的背面；所述辐射贴片单元距离介质板的左边距为4.5mm,右边距为7.5mm，上边距为5mm，下边距为12.5mm；辐射贴片单元实际长度计算参考公式：L=λ02ξe-0.824h(ξe+0.3)(W/h+0.264)(ξe-0.258)(W/h+0.8),ξe=ξr+12+ξr-12(1+12hW)-12;]]>辐射贴片单元宽度的计算公式为：W=cλ02(ξr+12)-12;]]>所述馈电端口处微带馈线采用50Ω的特性阻抗，宽度计算可参考下列公式：Wh=8eAe2A-2W/h<22[B-1-ln(377πZ0ξr-1)]π+ξr-12ξr[ln377π2Z0ξr-1)-0.61ξr+0.39]W/h>2]]>A=ξr-1ξr+1(0.23+0.61ξr)+Z060ξr+12;]]>其中ξr为介质相对介电常数；h为介质层厚度；W为辐射贴片单元宽度。进一步，所述位移传感器设置有信号检测模块，所述信号检测的信号处理方法包括：第一步，将Reived_V1或Reived_V2中的射频或中频采样信号进行NFFT点数的FFT运算，然后求模运算，将其中的前NFFT/2个点存入VectorF中，VectorF中保存了信号x2的幅度谱；第二步，将分析带宽Bs分为N块相等的Block，N＝3，4，.....，每一个Block要进行运算的带宽为Bs/N，设要分析带宽Bs的最低频率为FL，这里FL＝0，则块nBlock，n＝1...N，所对应的频率区间范围分别是[FL+(n-1)Bs/N，FL+(n)Bs/N]，将VectorF中对应的频段的频率点分配给每个block，其中nBlock分得的VectorF点范围是[Sn，Sn+kn]，其中表示每段分得的频率点的个数，而表示的是起始点，fs是信号采样频率，round(*)表示四舍五入运算；第三步，对每个Block求其频谱的能量Σ||2，得到E(n)，n＝1...N；第四步，对向量E求平均值第五步，求得向量E的方差和第六步，更新标志位flag，flag＝0，表示前一次检测结果为无信号，此种条件下，只有当σsum>K2时判定为当前检测到信号，flag变为1；当flag＝1，表示前一次检测结果为有信号，此种条件下，只有当σsum<K1时判定为当前未检测到信号，flag变为0，K1和K2为门限值，由理论仿真配合经验值给出，K2>K1；第七步，根据标志位控制后续解调线程等是否开启：flag＝1，开启后续解调线程等，否则关闭后续解调线程。进一步，所述温度检测模块设置有跳频混合信号预处理模块，所述跳频混合信号预处理模块的信号处理方法包括：对跳频混合信号时频域矩阵进行预处理，具体包括如下两步：第一步，对进行去低能量预处理，即在每一采样时刻p，将幅值小于门限ε的值置0，得到门限ε的设定可根据接收信号的平均能量来确定；第二步，找出p时刻(p＝0,1,2,…P-1)非零的时频域数据，用表示，其中表示p时刻时频响应非0时对应的频率索引，对这些非零数据归一化预处理，得到预处理后的向量b(p,q)＝[b1(p,q),b2(p,q),…,bM(p,q)]T，其中进一步，所述震动检测模块设置有频率归一化处理模块，所述频率归一化处理模块的方法包括：利用聚类算法估计每一跳的跳变时刻以及各跳对应的归一化的混合矩阵列向量、跳频频率时，包括以下步骤：第一步，在p(p＝0，1，2，…P-1)时刻，对表示的频率值进行聚类，得到的聚类中心个数表示p时刻存在的载频个数，个聚类中心则表示载频的大小，分别用表示；第二步，对每一采样时刻p(p＝0，1，2，…P-1)，利用聚类算法对进行聚类，同样可得到个聚类中心，用表示；第三步，对所有求均值并取整，得到源信号个数的估计即N^=round(1pΣp=0P-1N^p);]]>第四步，找出的时刻，用ph表示，对每一段连续取值的ph求中值，用表示第l段相连ph的中值，则表示第l个频率跳变时刻的估计；第五步，根据第二步中估计得到的以及第四步中估计得到的频率跳变时刻估计出每一跳对应的个混合矩阵列向量具体公式为：a^n(l)=1p‾h(1)·Σp=1,p≠php‾h(1)bn,p0l=1,1p‾h(l)-p‾h(l-1)·Σp=p‾h(l-1)+1,p≠php‾h(l)bn,p0l>1,,n=1,2,...,N^]]>这里表示第l跳对应的个混合矩阵列向量估计值；第六步，估计每一跳对应的载频频率，用表示第l跳对应的个频率估计值，计算公式如下：f^c,n(l)=1p‾h(1)·Σp=1,p≠php‾h(1)fon(p)l=1,1p‾h(l)-p‾h(l-1)·Σp=p‾h(l-1)+1,p≠php‾h(l)fon(p)l>1,,n=1,2,...,N^;]]>估计得到的归一化混合矩阵列向量估计时频域跳频源信号，具体步骤如下：对所有采样时刻索引p判断该时刻索引属于哪一跳，具体方法为：如果则表示时刻p属于第l跳；如果则表示时刻p属于第1跳；对第l(l＝1,2,…)跳的所有时刻pl，估计该跳各跳频源信号的时频域数据，计算公式如下：S~j(pl,q)=1||a^j(l)||2·a^jH(l)×X~1(pl,q)X~2(pl,q)···X~M(pl,q)j=argmaxj0=1,2,...,N^(|[X~1(pl,q),X~2(pl,q),...,X~M(pl,q)]H×a^j0(l)|)S~m(pl,q)=0,m=1,2,...,M,m≠jq=0,1,2,...,Nfft-1.]]>进一步，所述频率归一化处理模块设置有拼接单元，所述拼接单元的处理方法包括：对不同跳频点之间的时频域跳频源信号进行拼接，具体步骤如下：第一步，估计第l跳对应的个入射角度，用表示第l跳第n个源信号对应的入射角度，的计算公式如下：θ^n(l)=1M-1Σm=2Msin-1[angle(a^n,m(l)/a^n,m-1(l))*c2πf^c,n(l)d],n=1,2,...,N^]]>表示第l跳估计得到的第n个混合矩阵列向量的第m个元素，c表示光速，即vc＝3×108米/秒；第二步，判断第l(l＝2，3，…)跳估计的源信号与第一跳估计的源信号之间的对应关系，判断公式如下：mn(l)=argminm|θ^m(l)-θ^n(1)|,n=1,2,...,N^]]>其中mn(l)表示第l跳估计的第mn(l)个信号与第一跳估计的第n个信号属于同一个源信号；第三步，将不同跳频点估计到的属于同一个源信号的信号拼接在一起，作为最终的时频域源信号估计，用Yn(p,q)表示第n个源信号在时频点(p,q)上的时频域估计值，p＝0,1,2,....,P，q＝0,1,2,...,Nfft-1，即人们通过对检测地区降雨量、温度和震动强度的分析计算，提早的预防大灾难的发生，能够及时根据情况对当地居民进行扩散和对道路进行封堵，保证人们生命财产安全。山体下的水沟能够及时将山体的积水排出，防护堤坝能有效的阻止山体落下的石块滚落到堤坝另一侧，保护人们的生命和财产安全。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。当前第1页1 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