本实用新型涉及地质灾害观测技术领域，具体说是一种山体滑坡地质灾害的预警系统。
背景技术：
山体滑坡会对人民的生命及财产带来威胁和损害，因此有必要建立地质灾害监测预警系统。通过专业监测系统实现对山区地质灾害的适时监控，为政府和有关部门防治地质灾害，保护人民生命财产安全，防灾减灾的决策和实施提供科学依据和技术支撑。
传统的滑坡预警系统都是采用单个传感器来进行相关的监测，例如说专利申请号为201510224345.x的实用新型专利，就是由单个传感器及相关的通信芯片等构成的，但是由于种种原因（例如动物误触碰或流水影响等），容易形成误警报，因此，如何建立可靠的预警系统，成为了防灾部门的当务之急。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提出一种山体滑坡地质灾害的预警系统。
本实用新型的山体滑坡地质灾害的预警系统由监测单元、预警单元构成，关键在于所述监测单元有多个，并分别与预警单元通讯连接；所述监测单元间隔分布以形成监测网络。具体来说，所述监测单元包括MEMS三轴加速度传感器、主控模块、通信模块及为MEMS三轴加速度传感器、主控模块、通信模块供电的电源，所述主控模块分别与MEMS三轴加速度传感器、通信模块连接。MEMS三轴加速度传感器被深埋于被观测区域的岩土中，MEMS三轴加速度传感器会自动获取重力加速度的分量，通过计算，得到被检查区域的静态岩土角度数据。
上述的山体滑坡地质灾害的预警系统的预警方法如下：监测单元定期将监测到的数据发送至预警单元，所述预警单元根据监测单元的数据来判断监测区域是否要发生滑坡，并在判断要发生滑坡时发出警示信息，关键在于采用网格化的监测点部署方式，将监测区域划分为若干个网格，在每个网格内埋入两个监测单元，所述两个监测单元的MEMS三轴加速度传感器摆放角度相同，互为邻节点；只有同一网格的两个邻节点的数据的偏差在预定范围内时，预警单元才认为该网格的数据有效，并依据该网格的数据进行判断。
在监测过程中，有可能出现单个监测单元被动物触碰到或者其它意外情况（如较小面积的土方坍塌）而造成其监测数据异常，而与该监测单元处于同一网格内的邻节点监测单元同时发生监测数据异常的可能性比较小，预警单元在发现同一网格内的两个监测单元的监测数据差异较大时，即判断某一个监测单元出现了异常，而该异常并不能代表要出现滑坡等地质灾害，因此在数据处理时将该网格内的两个监测单元的数据均设为无效数据而不采信，直到下一个周期时两个监测单元的数据偏差在预定范围内时才采信其监测数据，这样就减少了误报警的情况，提高了可靠性。
进一步地，所述监测单元还包括顶端开口的硬质管状壳体，所述MEMS三轴加速度传感器固定于壳体内壁，所述壳体的壳壁设有透水孔；壳体内还安装有与主控模块相连的渗压计，以监测渗水情况。上述壳体可以对MEMS三轴加速度传感器起到保护作用，而且在岩土或岩层松动时，壳体可以放大其倾角变化，相当于提高了MEMS三轴加速度传感器的检测灵敏度。更为关键的是，监测单元在检测倾角变化的同时，还可以监测渗水情况，众所周知，岩土内含水量增加时，其产生滑坡的可能性也会增加，因此通过监测渗水情况，可以更准确地对滑坡进行预警，特别是针对降雨较多、滑坡原因主要是降雨造成的的地区。
采用装有单个渗压计的监测单元后，山体滑坡地质灾害的预警系统的预警方法提出了下述改进：监测单元利用MEMS三轴加速度传感器来监测倾角变化量，同时利用单个渗压计监测渗水量和渗水变化量；预警单元根据相邻两次监测的倾角变化量Δu、渗水变化量ΔV和当前监测的渗水量V来判断是否要发生滑坡，滑坡危险系数w=（KΔu+JΔV）/T+MV，其中K、J、M为预先设定的系数，T为相邻两次监测的间隔时间；滑坡危险系数w的值越大，发生滑坡的可能性越大。
滑坡危险系数w与相邻两次监测的倾角变化量Δu、渗水变化量ΔV和当前监测的渗水量V有关，具体分析如下：相邻两次监测的倾角变化量Δu等于两次监测所获得的倾角值之差，该倾角变化量Δu越大，说明岩土的滑动越大，产生滑坡的可能性越大；而相邻两次监测的渗水变化量ΔV等于两次监测所获得的渗水量V之差，该渗水变化量ΔV越大，说明岩土的渗水越快，产生滑坡的可能性越大；而当前渗水量V越大，说明渗水情况越严重，产生滑坡的可能性越大；将三个因素按照不同的权重相加就可以得出滑坡危险系数w，而具体的权重（即系数K、J、M）可以根据具体的地质、气候等因素预先设定，以符合所监测区域的特点，例如说，如果监测区域是降水较为频繁的区域，滑坡最可能是由于岩土含水量过高造成，那就可以适当提高渗水变化量ΔV的系数J和当前监测的渗水量V的系数M；而如果监测区域降水量较小，滑坡最可能是由于岩层崩塌造成，那就可以适当降低渗水变化量ΔV的系数J和当前监测的渗水量V的系数M，而提高倾角变化量Δu的系数K。
进一步地，所述渗压计有多个并垂直排列，以监测不同深度的渗水情况。采用装有多个渗压计的监测单元后，山体滑坡地质灾害的预警系统的预警方法提出了下述改进：监测单元利用MEMS三轴加速度传感器来监测倾角变化量，同时利用多个渗压计监测渗水量和渗水变化量；预警单元根据相邻两次监测的倾角变化量Δu、渗水变化量ΔV和当前监测的渗水量V来判断是否要发生滑坡，滑坡危险系数w=（KΔu+JΔV）/T+MV，ΔV=（A1ΔV1+ A2ΔV2+…+ ANΔVN）/N；V=（A1V1+ A1V2+…+ A1VN）/N；其中K、J、M、A1、A2…AN为预先设定的系数，渗压计埋设的深度越深，其所对应的系数也就越大；T为相邻两次监测的间隔时间，N为渗压计的个数；滑坡危险系数w的值越大，发生滑坡的可能性越大。
在采用多个垂直排列的渗压计后，可以监测到岩土不同深度的渗水情况，渗水变化量ΔV和当前监测的渗水量V的计算方法也发生了变化，主要是针对不同深度的渗压计采用不同的权重来计算，渗压计埋设的深度越深，其所对应的系数也就越大，这样可以适当降低岩土表面含水量的影响，而更看重岩土深处含水量的影响，更符合滑坡的触发条件，提高了对滑坡预警的准确性。
在上述预警控制方法中，当滑坡危险系数w的值超过预定值后，预警单元即发出滑坡预警信息。当然，可以根据滑坡危险系数w的具体值的不同而采取不同的预警。
本实用新型的滑坡预警采用了网格化部署监测单元的方法，可以屏蔽单个监测单元异常数据的影响，并创造性地引入了渗压计来监测岩土内部的渗水情况，同时结合倾角变化和渗水情况来评估滑坡产生的可能性，提高了预警的准确性。
附图说明
图1是本实用新型的监测单元、预警单元的布置示意图。
图2是实施例1的监测单元的原理图。
图3是实施例1的监测单元的结构示意图。
图4是实施例2的监测单元的结构示意图。
图5是实施例3的监测单元的结构示意图。
附图标示：1、MEMS三轴加速度传感器；2、主控模块；3、通信模块；4、太阳能电池板；5、支架；6、电池；7、壳体；8、渗压计。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施实例的描述，对本实用新型的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。
实施例1：
本实施例的山体滑坡地质灾害的预警系统由监测单元、预警单元构成，关键在于所述监测单元有多个，并分别与预警单元通讯连接；所述监测单元间隔分布以形成监测网络。如图2所示，具体来说，所述监测单元包括MEMS三轴加速度传感器1、主控模块2、通信模块3及为MEMS三轴加速度传感器1、主控模块2、通信模块3供电的电源，所述主控模块2分别与MEMS三轴加速度传感器1、通信模块3连接。MEMS三轴加速度传感器1被深埋于被观测区域的岩土中，MEMS三轴加速度传感器1会自动获取重力加速度的分量，通过计算，得到被检查区域的静态岩土角度数据。在本实施例中，MEMS三轴加速度传感器1采用的是三轴加速度传感器ADXL363，ADXL345是ADI公司生产的一款超低功耗3轴加速度计，其灵敏度高，尺寸小，功耗低，非常适合滑坡监测；电源采用太阳能电池板4与电池6相结合的方式，可以自己充电，提高使用寿命。利用三轴加速度传感器来测量倾角是现有技术，此处不再赘述。
上述的山体滑坡地质灾害的预警系统的预警方法如下：监测单元定期将监测到的数据发送至预警单元，所述预警单元根据监测单元的数据来判断监测区域是否要发生滑坡，并在判断要发生滑坡时发出警示信息，关键在于采用网格化的监测点部署方式，将监测区域划分为若干个网格，在每个网格内埋入两个监测单元，所述两个监测单元的MEMS三轴加速度传感器1摆放角度相同，互为邻节点；只有同一网格的两个邻节点的数据的偏差在预定范围内时，预警单元才认为该网格的数据有效，并依据该网格的数据进行判断。如图1所示，本实施例中，将监测区域划分为16个网格，每个网格内设有两个监测单元。如图3所示，监测单元的具体结构如下：太阳能电池板4固定于支架5的顶端，通信模块3位于支架5的中部，而MEMS三轴加速度传感器1、主控模块2及电池6均位于支架5的底部，在实际使用中，EMS三轴加速度传感器、主控模块2及电池6均埋设于地下。
在监测过程中，有可能出现单个监测单元被动物触碰到或者其它意外情况（如较小面积的土方坍塌）而造成其监测数据异常，而与该监测单元处于同一网格内的邻节点监测单元同时发生监测数据异常的可能性比较小，预警单元在发现同一网格内的两个监测单元的监测数据差异较大时，即判断某一个监测单元出现了异常，而该异常并不能代表要出现滑坡等地质灾害，因此在数据处理时将该网格内的两个监测单元的数据均设为无效数据而不采信，直到下一个周期时两个监测单元的数据偏差在预定范围内时才采信其监测数据，这样就减少了误报警的情况，提高了可靠性。
在上述预警控制方法中，预警单元统计各个监测单元的数据来计算出滑坡危险系数w的值，在本实施例中，滑坡危险系数w=K（所有有效的监测单元的倾角变化量Δu），其中K为预定的系数，具体可根据实际情况设定为1或者其他值。当滑坡危险系数w超过预定值后，预警单元即发出滑坡预警信息。当然，可以根据滑坡危险系数w的具体值的不同而采取不同的预警。
例如说：若滑坡危险系数w小于0.1，则认为属于正常噪声，无预警；若滑坡危险系数w在0.1-0.5之间，则表示滑坡进入均匀微小形变阶段，有滑坡迹象，但是一年内发生滑坡的概率不大，预警单元发出注意级预警；若滑坡危险系数w在0.5-0.8之间，则发出警示级预警，表示滑坡形变进入加速阶段，有较为明显的形变，在数月内或者数年内可能发生滑坡的概率较大，需要密集观察和提高警惕；若滑坡危险系数w在0.8-1.2之间，则触发警戒级预警：表示滑坡变形进入加速阶段中后期，出现滑坡前兆特征，在几天内或数周内发生大规模滑坡的概率大，需要加强密集观察，做好紧急应对措施，保持24小时高密度监测。若滑坡危险系数w高于1.2，则触发预报级预警：表示滑坡变形进入临滑阶段，滑坡前兆特征明显，在数小时或数天内发生大规模滑坡的概率非常大，需要考虑执行紧急预案。
当然，在计算滑坡危险系数w时，还可以根据相邻网格的监测数据来进一步预警的提高准确性，例如说，在计算出滑坡危险系数w后，再筛选出若干个倾角数据变化比较大的监测单元，若这几个监测单元的距离小于预定距离（例如说这几个监测单元所在网格均处于一个直径为200米的圆内）时，就适当地将滑坡危险系数w乘以一个大于1的修正系数，然后根据修正后的滑坡危险系数w进行对应的预警。
实施例2：
与实施例1不同的是，在本实施例中，监测单元还包括顶端开口的硬质管状壳体7，该硬质管状壳体7的顶端与支架5连接，MEMS三轴加速度传感器1、主控模块2、电池6均固定于壳体7内壁上，所述壳体7的壳壁（包括侧壁和底壁）设有透水孔；壳体7内还安装有与主控模块2相连的渗压计8，以监测渗水情况。上述壳体7可以对MEMS三轴加速度传感器1起到保护作用，而且在岩土或岩层松动时，壳体7可以放大其倾角变化，相当于提高了MEMS三轴加速度传感器1的检测灵敏度。更为关键的是，监测单元在监测倾角变化的同时，还可以监测渗水情况，众所周知，岩土内含水量增加时，其产生滑坡的可能性也会增加，因此通过监测渗水情况，可以更准确地对滑坡进行预警，特别是针对降雨较多、滑坡原因主要是降雨造成的的地区。
采用装有单个渗压计8的监测单元后，山体滑坡地质灾害的预警系统的预警方法提出了下述改进：监测单元利用MEMS三轴加速度传感器1来监测倾角变化量，同时利用单个渗压计8监测渗水量和渗水变化量；预警单元根据相邻两次监测的倾角变化量Δu、渗水变化量ΔV和当前监测的渗水量V来判断是否要发生滑坡，滑坡危险系数w=（KΔu+JΔV）/T+MV，其中K、J、M为预先设定的系数（均为正数），T为相邻两次监测的间隔时间；滑坡危险系数w的值越大，发生滑坡的可能性越大。当滑坡危险系数w超过预定值后，预警单元即发出滑坡预警信息。
滑坡危险系数w与相邻两次监测的倾角变化量Δu、渗水变化量ΔV和当前监测的渗水量V有关，具体分析如下：相邻两次监测的倾角变化量Δu等于两次监测所获得的倾角值之差，该倾角变化量Δu越大，说明岩土的滑动越大，产生滑坡的可能性越大；而相邻两次监测的渗水变化量ΔV等于两次监测所获得的渗水量V之差，该渗水变化量ΔV越大，说明岩土的渗水越快，产生滑坡的可能性越大；而当前渗水量V越大，说明渗水情况越严重，产生滑坡的可能性越大；将三个因素按照不同的权重相加就可以得出滑坡危险系数w，而具体的权重（即系数K、J、M）可以根据具体的地质、气候等因素预先设定，以符合所监测区域的特点，例如说，如果监测区域是降水较为频繁的区域，滑坡最可能是由于岩土含水量过高造成，那就可以适当提高渗水变化量ΔV的系数J和当前监测的渗水量V的系数M；而如果监测区域降水量较小，滑坡最可能是由于岩层崩塌造成，那就可以适当降低渗水变化量ΔV的系数J和当前监测的渗水量V的系数M，而提高倾角变化量Δu的系数K。
实施例3：
与实施例2不同的是，在本实施例中，渗压计8有三个并垂直排列，以监测不同深度的渗水情况。采用装有多个渗压计8的监测单元后，山体滑坡地质灾害的预警系统的预警方法提出了下述改进：监测单元利用MEMS三轴加速度传感器1来监测倾角变化量，同时利用多个渗压计8监测渗水量和渗水变化量；预警单元根据相邻两次监测的倾角变化量Δu、渗水变化量ΔV和当前监测的渗水量V来判断是否要发生滑坡，滑坡危险系数w=（KΔu+JΔV）/T+MV，ΔV=（A1ΔV1+ A2ΔV2+ A2ΔVN）/N；V=（A1V1+ A1V2+A3VN）/N；其中K、J、M、A1、A2、A3为预先设定的系数（均为正数），渗压计8埋设的深度越深，其所对应的系数也就越大（即A1＜A2＜A3）；T为相邻两次监测的间隔时间，N为渗压计8的个数；滑坡危险系数w的值越大，发生滑坡的可能性越大。当滑坡危险系数w超过预定值后，预警单元即发出滑坡预警信息。
在采用多个垂直排列的渗压计8后，可以监测到岩土不同深度的渗水情况，渗水变化量ΔV和当前监测的渗水量V的计算方法也发生了变化，主要是针对不同深度的渗压计8采用不同的权重来计算，渗压计8埋设的深度越深，其所对应的系数也就越大，这样可以适当降低岩土表面含水量的影响，而更看重岩土深处含水量的影响，更符合滑坡的触发条件，提高了对滑坡预警的准确性。