一种基于面域形变观测的滑坡预警方法

本发明属于滑坡预警，具体涉及一种基于面域形变观测的滑坡预警方法。

背景技术：

1、滑坡作为一种常见的自然灾害，其发生时不仅会破坏建筑物、道路、桥梁等基础设施，还会导致人员伤亡和财产损失。由于滑坡具有突发性和不可预测性，一旦发生滑坡事件，往往会造成严重的后果。因此，及时预警和采取有效的应对措施十分重要。目前，滑坡预警理论方法主要基于传统的监测手段，包括地形观察、遥感监测、地震监测、地下水位监测、地表位移监测等。其中，地表位移监测是最为简单和常用的方法，最为常见的手段有gnss监测、全站仪监测、地表裂缝监测仪监测等。然而这些基于点的时序形变监测手段存在监测范围窄，无法全面了解滑坡体的形变情况；监测精度受监测点数量和位置的限制，无法提供全局的形变信息；预警响应时间较长，无法及时响应突发事件；监测成本较高，需要大量的人力、物力和财力投入等问题。因此，基于点时序预警手段已无法满足大范围全面的滑坡预警的需求。

2、随着激光雷达、insar等技术的发展，这些基于面域的形变观测的滑坡预警手段开始逐步展现出其独特的优势。其空间覆盖范围广，通过覆盖更大的区域对整个滑坡区域的监测，更有助于全面评估滑坡的影响范围和潜在风险；监测信息丰富，相较于单一的监测点信息，面状监测可以提供如滑坡形变的速度、方向、规模等信息，有助于更好地了解滑坡的演变过程；更高的可靠性，面状监测可以减少因单个监测点失效或数据异常而导致的误报或漏报现象；低成本，面状监测技术通常可以利用遥感、无人机等现代技术手段进行，相较于传统的点状监测，可以降低人力、物力及时间成本。从而，基于面域的形变监测的滑坡预警手段弥补了基于点时序预警的一系列缺陷。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于面域形变观测的滑坡预警方法，解决了滑坡预警时单点监测难以全面反映滑坡变形情况、数据处理和分析复杂、精度和可靠性低以及监测成本较高的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种基于面域形变观测的滑坡预警方法，包括以下步骤：

3、s1、获取面域形变观测数据；

4、s2、对面域形变观测数据进行处理，并提取滑坡面域空间上的变化特征和面域特征点时间上的变化特征，得到滑坡面域的形变空间特征；

5、s3、将滑坡面域的形变空间特征与周围地区的微地貌进行对比分析，圈定危险坡体范围，并根据坡体复杂程度划分子区域；

6、s4、计算各子区域面域平均形变，并绘制面域形变曲线；

7、s5、统一面域形变曲线的坐标轴量纲，计算面域形变曲线的切线角，并根据切线角判断滑坡状况，发出不同的滑坡预警信号。

8、进一步地，所述s3的具体步骤为：

9、s31、通过无人机三维模型和数字高程模型dem进行滑坡地貌识别，得到地貌数据源，并根据地貌数据源提取周围地区的微地貌；

10、s32、将滑坡面域的形变空间特征与微地貌进行对比分析，得到滑坡特征；

11、s33、将滑坡特征输入卷积神经网络，对滑坡范围进行自动识别，并根据预设阈值，圈定危险坡体范围；

12、s34、根据坡体复杂程度，在危险坡体范围的区域边缘周围识别微地貌，划分子区域分界线，得到子区域。

13、进一步地，所述s4的具体步骤为：

14、s41、根据危险坡体范围，提取各时段面域特征点的形变量，并计算各子区域的面域形变量；

15、s42、根据子区域各时间段的面域形变量，计算各子区域的面域平均形变；

16、s43、根据子区域的面域平均形变，计算各子区域的面域形变速率，并绘制面域形变曲线。

17、进一步地，所述s41中子区域的面域形变量的计算公式为：

18、

19、其中，表示子区域的面域形变量，表示面域内第个特征点的形变量，表示面域内特征点数量。

20、进一步地，所述s5的具体步骤为：

21、s51、将面域形变曲线中的位移转换为与时间统一量纲的值，并计算面域形变曲线的切线角；

22、s52、根据切线角大小设置不同的预警级别和与预警级别对应的滑坡预警信号；

23、s53、通过时间点对应的切线角大小，判断滑坡状况，并发出预警级别对应的滑坡预警信号。

24、进一步地，所述s51中将面域形变曲线中的位移转换为与时间统一量纲的值的表达式为：

25、

26、其中，表示第次检测时位移转换后与时间等量纲的值，表示单位时间内子区域面域累积形变值，表示等速形变阶段子区域面域形变速率。

27、进一步地，所述s51中面域形变曲线的切线角的表达式为：

28、

29、其中，表示面域形变曲线转换后的曲线切线角，表示反正切函数，表示第次检测时位移转换后与时间等量纲的值，表示第次检测时位移转换后与时间等量纲的值，表示第次检测时刻，表示第次检测时刻，表示单位时间内的变换量，表示单位时间段落。

30、本发明的有益效果是：（1）通过面域形变观测数据，提取滑坡面域的形变空间特征，并与微地貌进行对比分析，通过计算面域形变曲线的切线角，可以实现对滑坡的准确预警。对滑坡面域变化的全面监测，相比传统监测手段的点测量具有更广泛的应用范围，同时对面域形变观测数据的处理简单准确，提高了滑坡预警的准确性，减少误报率，提高了对滑坡灾害的应对效率，解决了单点监测难以全面反映滑坡变形情况、数据处理和分析复杂、精度和可靠性低以及监测成本较高的问题。

31、（2）通过微地貌识别并且结合微地貌进行对比分析，能够减少面域形变观测数据处理中存在阈值划定的主观性、滑坡地质结构的复杂性及形变监测结果误差性等因素的影响，对坡体范围内分区的准确性可以起到很好的保障性，并且可以提高滑坡预警的准确性，减少误报率。

32、（3）通过绘制面域形变曲线，能够直观的观测面域形变速率，并且面域形变曲线能够显示滑坡时各阶段的特征差异。

33、（4）由于位移与时间量纲的不统一，无法统一预警阈值，因此通过统一量纲后计算面域形变曲线的切线角，使得滑坡预警信号更具准确性。

技术特征：

1.一种基于面域形变观测的滑坡预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于面域形变观测的滑坡预警方法，其特征在于，所述s3的具体步骤为：

3.根据权利要求1所述的基于面域形变观测的滑坡预警方法，其特征在于，所述s4的具体步骤为：

4.根据权利要求3所述的基于面域形变观测的滑坡预警方法，其特征在于，所述s41中子区域的面域形变量的计算公式为：

5.根据权利要求1所述的基于面域形变观测的滑坡预警方法，其特征在于，所述s5的具体步骤为：

6.根据权利要求5所述的基于面域形变观测的滑坡预警方法，其特征在于，所述s51中将面域形变曲线中的位移转换为与时间统一量纲的值的表达式为：

7.根据权利要求6所述的基于面域形变观测的滑坡预警方法，其特征在于，所述s51中面域形变曲线的切线角的表达式为：

技术总结
本发明公开了一种基于面域形变观测的滑坡预警方法，属于滑坡预警技术领域，包括以下步骤：获取面域形变观测数据；对面域形变观测数据进行处理，并提取滑坡面域空间上的变化特征和面域特征点时间上的变化特征，得到滑坡面域的形变空间特征；将滑坡面域的形变空间特征与周围地区的微地貌进行对比分析，圈定危险坡体范围，并根据坡体复杂程度划分子区域；计算各子区域面域平均形变，并绘制面域形变曲线；统一面域形变曲线的坐标轴量纲，计算面域形变曲线的切线角，并根据切线角判断滑坡状况，发出不同的滑坡预警信号。本发明解决了滑坡预警时单点监测难以全面反映滑坡变形情况、数据处理和分析复杂、精度和可靠性低以及监测成本较高的问题。

技术研发人员：戴可人,陈立川,戴颖超,姚迪,曾涛,徐洪,张睿
受保护的技术使用者：成都理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15