浅层滑坡的监测预警方法及其装置与流程

本公开涉及油气管道地质灾害防治技术领域，特别是涉及一种浅层滑坡的监测预警方法及其装置。

背景技术：

油气管道作为国民经济的生命线，是石油和天然气最安全、经济、且环保的输送方式。长距离输送、埋于地下的油气管道跨越的地域范围广，地理环境复杂多变，使得管道在服役过程中不可避免地会受到各种地质灾害的威胁和破坏。

近年来，随着极端天气和地质灾害数量的增多，山体滑坡成为导致管道失效事故的主要原因。由于地质灾害有一个逐步发展和演化的过程，需要动态的加以检测识别和管理，因此浅层滑坡预警成为防灾减灾工作的主要手段和关键环节。

相关技术也提供了一些针对浅层滑坡的监测预警方法。但是，预警指标单一，预警结果精度不高。

技术实现要素：

为实现上述目标，本公开的一个方面提供了一种浅层滑坡的监测预警方法，包括：针对多个监测指标，采集与每个监测指标对应的监测数据，其中，上述多个监测指标包括降雨量、滑坡表层位移、土体体积含水量以及油气管道的管道应变，上述油气管道铺设于上述浅层滑坡中；针对多个预警分级指标，基于上述监测数据，确定与每个预警分级指标对应的预警分级数据，其中，上述多个预警分级指标包括用于表征上述浅层滑坡的变形特性的指标以及用于表征上述油气管道的失效特性的指标；获取预设的预警分级模型，其中，上述预警分级模型用于依据预警分级数据对上述浅层滑坡的滑坡风险进行预警等级的划分；基于上述预警分级模型和上述与每个预警分级指标对应的预警分级数据，确定上述浅层滑坡的预警等级。

可选地，上述预警分级指标包括滑坡变形速率切线角，上述基于上述监测数据，确定与每个预警分级指标对应的预警分级数据包括：基于与上述滑坡表层位移对应的监测数据，绘制表层累积位移与时间曲线；对上述表层累积位移与时间曲线进行坐标转换，以获得无量纲化的表层累积位移与时间曲线；基于上述无量纲化的表层累积位移与时间曲线，确定与上述滑坡变形速率切线角对应的预警分级数据。

可选地，与上述滑坡变形速率切线角对应的预警分级数据表示为：

其中，δsi为累积位移变形，v为等速变形阶段的变形速率，ti为坐标转换后同一时刻同一坐标值尺寸的无量纲坐标值，αi为滑坡变形速率无量纲切线角，δt为在每一个ti单元内的变化量，ti为时间变形监测周期，i表示滑坡表层位移的监测点序号。

可选地，上述预警分级指标包括非饱和土稳定系数，上述基于上述监测数据，确定与每个预警分级指标对应的预警分级数据包括：采集上述浅层滑坡的滑坡土体；针对多个物理力学指标，获得上述滑坡土体的实验数据，其中，上述多个物理力学指标包括内摩擦角、粘聚力、干容重以及含水量；基于与上述降雨量对应的监测数据、与上述土体体积含水量对应的监测数据以及上述实验数据，确定与上述非饱和土稳定系数对应的预警分级数据。

可选地，与上述非饱和土稳定系数对应的预警分级数据表示为：

其中，δ^s(z，t)为深度z的土体在时刻t的吸应力，z为土体的深度，t为监测数据的采集时刻，fs(z，t)为深度为z的土体在t时刻的非饱和土稳定系数，φ为土体的内摩擦角，c为土体的粘聚力，α、n为水土特征曲线参数，γw为水的容重，γs为土体的干容重，θs为土体的饱和含水量，θr为土体的残余含水量，θ(z，t)为监测含水量，β为滑坡坡度。

可选地，上述预警分级指标包括管道塑性应变，与上述管道塑性应变对应的预警分级数据表示为：

其中，εi为管道塑性应变值，l为在油气管道的指定截面上3点钟位置的应变变化量，u为在油气管道的指定截面上12点钟位置的应变变化量，r为在油气管道的指定截面上9点钟位置的应变变化量，x为油气管道任意应变的监测数据对应的横坐标值，r为油气管道的管道半径值，i表示管道应变的监测点序号。

可选地，上述基于上述预警分级模型和上述与每个预警分级指标对应的预警分级数据，确定上述浅层滑坡体的预警等级包括：基于上述预警分级模型和上述与每个预警分级指标对应的预警分级数据，确定与上述每个预警分级指标对应的预警等级，其中，上述预警分级模型按照滑坡风险从大到小的顺序，将预警等级划分为高风险、较高风险、中等风险以及低风险，预警等级越高，滑坡风险越大；将上述与上述每个预警分级指标对应的预警等级中等级最高的预警等级，确定为上述浅层滑坡体的预警等级。

可选地，上述方法还包括：基于上述浅层滑坡体的预警等级，执行对应的预警响应，其中，不同的预警等级对应不同的预警响应。

可选地，在采集与每个监测指标对应的监测数据前，上述方法还包括：获取针对上述浅层滑坡的滑坡勘测结果；获取针对上述油气管道的管道勘测结果；基于上述滑坡勘测结果以及上述管道勘测结果，选定与上述每个监测指标对应的监测点位置，以通过在上述监测点位置布设的监测设备采集与每个监测指标对应的监测数据。

为实现上述目标，本公开的另一个方面提供了一种浅层滑坡的监测预警装置，包括：监测数据采集模块，用于针对多个监测指标，采集与每个监测指标对应的监测数据，其中，上述多个监测指标包括降雨量、滑坡表层位移、土体体积含水量以及油气管道的管道应变，上述油气管道铺设于上述浅层滑坡中；预警分级数据确定模块，用于针对多个预警分级指标，基于上述监测数据，确定与每个预警分级指标对应的预警分级数据，其中，上述多个预警分级指标包括用于表征上述浅层滑坡的变形特性的指标以及用于表征上述油气管道的失效特性的指标；预警分级模型获取模块，用于获取预设的预警分级模型，其中，上述预警分级模型用于依据预警分级数据对上述浅层滑坡的滑坡风险进行预警等级的划分；预警等级确定模块，用于基于上述预警分级模型和上述与每个预警分级指标对应的预警分级数据，确定上述浅层滑坡的预警等级。

为实现上述目标，本公开的另一方面提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器，存储器，用于存储一个或多个程序，其中，当上述一个或多个程序被上述一个或多个处理器执行时，使得上述一个或多个处理器实现如上所述的方法。

为实现上述目标，本公开的另一方面提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，上述指令在被执行时用于实现如上所述的方法。

为实现上述目标，本公开的另一方面提供了一种计算机程序，上述计算机程序包括计算机可执行指令，上述指令在被执行时用于实现如上所述的方法。

附图说明

为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：

图1示意性示出了适用于本公开实施例的可以应用浅层滑坡的监测预警方法及其装置的系统架构；

图2示意性示出了根据本公开实施例的浅层滑坡的监测预警方法的流程图；

图3示意性示出了根据本公开另一实施例的浅层滑坡的监测预警方法的流程图；

图4示意性示出了用于实现本公开实施例的浅层滑坡的监测预警方法的监测装置和监测点位置布置示意图；

图5示意性示出了根据本公开实施例的浅层滑坡的监测预警方法的管道塑性应变的监测数据采集方法示意图；

图6示意性示出了根据本公开实施例的浅层滑坡的监测预警装置的框图；

图7示意性示出了根据本公开实施例的适于实现上文描述的浅层滑坡的监测预警方法的计算机可读存储介质产品的示意图；以及

图8示意性示出了根据本公开实施例的适于实现上文描述的浅层滑坡的监测预警方法的电子设备的框图。

在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了上述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“a、b和c等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有a、b和c中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有a、单独具有b、单独具有c、具有a和b、具有a和c、具有b和c、和/或具有a、b、c的系统等)。在使用类似于“a、b或c等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有a、b或c中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有a、单独具有b、单独具有c、具有a和b、具有a和c、具有b和c、和/或具有a、b、c的系统等)。

附图中示出了一些方框图和/或流程图。应理解，方框图和/或流程图中的一些方框或其组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程浅层滑坡的监测预警装置的处理器，从而这些指令在由该处理器执行时可以创建用于实现这些方框图和/或流程图中所说明的功能/操作的装置。本公开的技术可以硬件和/或软件(包括固件、微代码等)的形式来实现。另外，本公开的技术可以采取存储有指令的计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式，该计算机程序产品可供指令执行系统使用或者结合指令执行系统使用。

本公开提供了一种优化的浅层滑坡的监测预警方法，包括监测数据采集阶段和预警等级确定阶段。在监测数据采集阶段，针对降雨量、滑坡表层位移、土体体积含水量以及油气管道的管道应变的多个监测指标，采集与每个监测指标对应的监测数据。在预警等级确定阶段，针对多个预警分级指标，基于监测数据，确定与每个预警分级指标对应的预警分级数据。获取预设的用于依据预警分级数据对浅层滑坡的滑坡风险进行预警等级的划分的预警分级模型。基于预警分级模型和与每个预警分级指标对应的预警分级数据，确定浅层滑坡的预警等级。

图1示意性示出了适用于本公开实施例的可以应用浅层滑坡的监测预警方法及其装置的系统架构100。图1所示仅为可应用本公开实施例的系统架构的示例，以帮助本领域技术人员理解本公开的技术内容，但并不意味着本公开实施例不可以用于其他设备、系统、环境或场景。

如图1所示，适用于本公开的系统架构100可以包括监测装置110，网络120和预警中心130。监测装置110可以包括监测设备和传感器。监测设备可以是雨量监测站(rainfallmonitor，rm)111。传感器可以包括位移传感器(displacementsensor，ds)112，土体含水量(soilmoisture，sm)监测传感器113和管道应变监测传感器(strainsensor，ss)114。网络120用以在监测设备110和预警中心130之间提供通信链路的介质。网络120可以包括各种连接类型，例如有线、无线通信链路或者光纤电缆等等。考虑到开展地质工作时野外工作环境的特殊性，网络120可以是通用无线分组业务(generalpacketradioservice，gprs)，也可以是因特网(internet)。通过布设雨量监测站111、位移传感器112、土体含水量监测传感器113和管道应变监测传感器114，可以建立监测网，实时采集监测数据，并测试监测数据采集的实时性和稳定性，将采集到的监测数据通过gprs和internet传输到预警中心130，预警中心130将接收到的监测数据存储。

需要说明的是，本公开的实施例所提供的浅层滑坡的监测预警方法一般可以由预警中心130执行。相应地，本公开的实施例所提供的浅层滑坡的监测预警装置一般可以设置于预警中心130中。本公开的实施例所提供的浅层滑坡的监测预警方法也可以由不同于预警中心130且能够与预警中心130通信的服务器或服务器集群执行。相应地，本公开的实施例所提供的浅层滑坡的监测预警装置也可以设置于不同于预警中心130且能够与预警中心130通信的服务器或服务器集群中。

应该理解，图1中的雨量监测站、位移传感器、土体含水量监测传感器、管道应变监测传感器、网络和预警中心的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有任意数目的雨量监测站、位移传感器、土体含水量监测传感器、管道应变监测传感器、网络和预警中心。

图2示意性示出了根据本公开实施例的浅层滑坡的监测预警方法的流程图。如图2所示，该方法200可以包括操作s210～s240。

在操作s210，针对多个监测指标，采集与每个监测指标对应的监测数据。

在本公开对铺设有油气管道的浅层滑坡进行监测预警时，采用多个监测指标，可以包括降雨量、滑坡表层位移、土体体积含水量以及油气管道的管道应变。可以理解的是，在降雨条件下，滑坡带土体随着降雨的入渗，土体的含水量增大，使得土体的基质吸力降低，抗滑力减小，油气管道存在浅层滑坡的风险。与此同时，在浅层滑坡推力的作用下油气管道的应变增大，可能管道应力已经达到临界应力甚至极限应力，但是油气管道并未发生破坏和断裂，随着推力的持续增大，当油气管道的变形处于塑性变形时，其应力与应变之间是非线性关系，油气管道滑坡最终将以管道达到临界塑性变形而失效。

在操作s220，针对多个预警分级指标，基于监测数据，确定与每个预警分级指标对应的预警分级数据。

在本公开中，不再采用临界应力值作为预警指标，充分考虑管道塑性变形阶段的形变特性，将油气管道的失稳和失效作为管道安全保护的重心，对滑坡的稳定系数和管道风险程度进行精确监测和预警，采用多个预警分级指标，从管道安全保护的角度，油气管道浅层滑坡的防灾应综合考虑滑坡的变形和管道的失效。多个预警分级指标既包括用于表征浅层滑坡的变形特性的指标，又包括用于表征油气管道的失效特性的指标。

在操作s230，获取预设的预警分级模型。

在本公开中，该预警分级模型是基于降雨条件下，建立的不同时间段滑坡变形速率切线角、非饱和土稳定系数和管道最大应变耦合预警模型，用于依据预警分级数据对浅层滑坡的滑坡风险进行预警等级的划分。针对不同的预警分级指标，预警分级模型限定了不同的预警等级所对应的预警分级数据的上限值和下限值，即数值区间。

本公开基于管道塑性变形理论、滑坡稳定性分析理论、工程地质学理论和水文地质理论，结合实时监测的与多个监测指标对应的监测数据，对滑坡的稳定系数和管道风险程度进行求解，并以数值模拟和行业规范所规定的管道应变和滑坡稳定状态，建立降雨条件下多预警分级指标耦合的预警分级模型，监测指标系统全面，理论方法可行，预警结果立足规范，确保预警等级的行业规范性和广泛适用性。

在操作s240，基于预警分级模型和与每个预警分级指标对应的预警分级数据，确定浅层滑坡的预警等级。

在本公开中，每一个预警分级指标可以得出相应的一个预警分级数据，结合预警分级模型所限定的数值区间，可以直接确定出与每个预警分级指标所对应的预警等级。

需要说明的是，从安全防护和防灾减灾的角度考虑，在多个预警分级指标所对应的预警等级不相同的情况下，可以将多个预警等级中最高的预警等级，作为最终的预警等级。

本公开采用滑坡带土体非饱和状态的物理力学结合管道应变、雨量、滑坡表层位移以及土体体积含水量监测数据，确定与多个预警分级指标中每个预警分级指标对应的预警分级数据，并借助预先设置的预警分级模型，对浅层滑坡的滑坡风险进行预警等级的划分，预警分级指标既可以表征浅层滑坡的变形特性，又可以表征油气管道的失效特性，全面反应油气管道浅层滑坡的变形特性，精确地对油气管道浅层滑坡开展预警，预警分级指标更加多样，提高了预警精度。

具体实施时，基于管道塑性变形理论、滑坡稳定性分析理论、工程地质学理论和水文地质理论，通过实时监测的不同位置滑坡地表位移、降雨量、土体浅层体积含水量和管道应变，针对降雨条件下滑坡变形速率无量纲切线角，即滑坡变形速率切线角、非饱和土稳定系数以及管道塑性应变的多个预警分级指标，对滑坡的稳定系数和管道失效程度进行实时求解，不仅能够解决极端气候条件下管道滑坡的安全防护和防灾减灾问题，且可以全面的反应油气管道浅层滑坡的变形特性和管道失效的力学机理，精确的对油气管道浅层滑坡开展预警，对于推动油气管道地质灾害安全理论进一步研究打下基础。

可选地，预警分级指标包括滑坡变形速率切线角，基于监测数据，确定与每个预警分级指标对应的预警分级数据包括：基于与滑坡表层位移对应的监测数据，绘制表层累积位移与时间曲线；对表层累积位移与时间曲线进行坐标转换，以获得无量纲化的表层累积位移与时间曲线；基于无量纲化的表层累积位移与时间曲线，确定与滑坡变形速率切线角对应的预警分级数据。

具体实施时，通过分布式大量程电位位移计采集到滑坡表层位移监测数据，绘制累积位移-时间曲线(t-t)。由于表层累积位移-时间曲线纵横坐标的量纲不同，所以得出的位移切线角数值具有不确定性。为了便于对滑坡变形速率进行统一分析和判断，可以将绘制的滑坡表层累积位移和滑坡变形速率无量纲化处理，根据无量纲化后的曲线(t-t)，可以得出滑坡变形速率切线角。

可选地，与滑坡变形速率切线角对应的预警分级数据表示为：

其中，δsi为累积位移变形，v为等速变形阶段的变形速率，ti为坐标转换后同一时刻同一坐标值尺寸的无量纲坐标值，αi为滑坡变形速率无量纲切线角，δt为在每一个ti单元内的变化量，ti为时间变形监测周期，i表示滑坡表层位移的监测点序号。

需要说明的是，累积位移变形δsi可以是某观测区间的滑坡累积位移变形，考虑到滑坡变形的演化过程可以划分为初始变形、匀速变形、加速变形和极速变形的4个阶段。在本公开中，等速变形阶段的变形速率v一般取匀速变形阶段各时段变形速率的算术平均值。

可选地，预警分级指标包括非饱和土稳定系数，基于监测数据，确定与每个预警分级指标对应的预警分级数据包括：采集浅层滑坡的滑坡土体；针对多个物理力学指标，获得滑坡土体的实验数据，其中，多个物理力学指标包括内摩擦角、粘聚力、干容重以及含水量；基于与降雨量对应的监测数据、与土体体积含水量对应的监测数据以及实验数据，确定与非饱和土稳定系数对应的预警分级数据。

考虑到临界降雨量作为预警指标时，由于不同滑坡体的岩土体力学性状各异，降雨入渗的程度差异较大，且失稳时滑带土体并非都处于饱和状态，并不能充分反应出滑坡土体的物理力学特性。因此本公开在根据油气管道浅层滑坡现场勘察和地质背景资料的分析，判识滑坡体、滑坡前缘和滑坡后缘的位置和范围之后，要现场采集滑坡体土样，并开展滑坡体土样的室内物理力学试验，测得取样土体的内摩擦角，粘聚力、干容重以及含水量。

可选地，管道滑坡非饱和土稳定系数可以根据滑坡稳定性分析理论、工程地质学理论和水文地质理论计算得出。具体地，与非饱和土稳定系数对应的预警分级数据表示为：

其中，δ^s(z，t)为深度z的土体在时刻t的吸应力，z为土体深度，t为监测数据的采集时刻，fs(z，t)为深度为z的土体在t时刻的非饱和土稳定系数，φ为土体的内摩擦角，c为土体的粘聚力，α、n为水土特征曲线参数，γw为水的容重，γs为土体的干容重，θs为土体的饱和含水量，θr为土体的残余含水量，θ(z，t)为监测含水量，β为滑坡坡度。

可选地，预警分级指标包括管道塑性应变(即不可恢复的形变)，塑性越大的管道，能发生永久形变所需的最小应力越小。本公开中根据管道塑性变形理论，以管道的最大塑性应变为预警指标，可以通过监测到的3个点位的应变值计算得出，具体实施时与管道塑性应变对应的预警分级数据表示为：

其中，εi为管道塑性应变值，l为在油气管道的指定截面上3点钟位置的应变变化量，u为在油气管道的指定截面上12点钟位置的应变变化量，r为在油气管道的指定截面上9点钟位置的应变变化量，x为油气管道任意应变的监测数据对应的横坐标值，r为油气管道的管道半径值，i表示管道应变的监测点序号。

可选地，基于预警分级模型和与每个预警分级指标对应的预警分级数据，确定浅层滑坡体的预警等级包括：基于预警分级模型和与每个预警分级指标对应的预警分级数据，确定与每个预警分级指标对应的预警等级。预警分级模型按照滑坡风险从大到小的顺序，将预警等级划分为高风险、较高风险、中等风险以及低风险，预警等级越高，滑坡风险越大；将与每个预警分级指标对应的预警等级中等级最高的预警等级，确定为浅层滑坡体的预警等级。

具体实施时，预警分级模型为降雨条件下，基于滑坡变形速率切线角、非饱和土稳定系数和管道最大应变建立的耦合预警模型。

可选地，该方法还可以包括：基于浅层滑坡体的预警等级，执行对应的预警响应，不同的预警等级对应不同的预警响应。通过及时发布管道浅层滑坡的预警信号，开展应急响应。

具体实施时，根据计算出的降雨条件下滑坡变形速率切线角、非饱和土稳定系数和管道最大塑性应变耦合预警值，结合滑坡稳定性分级指标和管道风险评价等级，根据“就高不就低”的原则进行预警响应的启动。例如，与滑坡变形速率切线角对应的预警等级是较高风险，与非饱和土稳定系数对应的预警等级是中等风险，与管道最大塑性应变对应的预警等级是低风险，则最终确定的预警等级是较高风险。

表1示意性示出了根据本公开实施例的预警等级划分示例。如表1所示，可以将风险等级划分为4级，分别为i级、ii级、iii级和iv级。对每一个风险指标(即前述的预警分级指标)来说，不同的风险等级对应不同的风险指标范围。可以将风险状态(即前述的预警等级)分为4种，分别是高风险、较高风险、中等风险以及低风险，且i级代表高风险，ii级代表较高风险，iii级代表中等风险，iv级代表低风险。可以设置4种预警颜色代表不同的风险状态，分别是红色代表高风险，橙色代表较高风险，黄色代表中等风险，蓝色代表低风险。

表1

需要说明的是，εi，εii，εiii和εiv为管道应变的4个等级，β为管道的安全系数，为管道焊缝的稳定系数，一般取0.5-0.72，εe为管道弹性变形的最大值，εmax为管道的极限拉伸应变。

可选地，在采集与每个监测指标对应的监测数据之前，方法还包括：获取针对浅层滑坡的滑坡勘测结果；获取针对油气管道的管道勘测结果；基于滑坡勘测结果以及管道勘测结果，选定与每个监测指标对应的监测点位置，以通过在监测点位置布设的监测设备采集与每个监测指标对应的监测数据。

在本公开中，明确监测点和预警范围，根据勘察和地质调查成果编制监测技术方案，根据勘察确定的监测点和预警范围，根据管道位置、滑坡体的现状以及管道与滑坡之间的相对位置来选定管道应变、雨量站、滑坡表层位移以及土体体积含水量监测位置，安装各类监测设备和传感器，建立多指标综合监测网，开展降雨量、管道应变、滑坡体不同深度土体含水量、滑坡表层位移监测。

在具体实施时，在选定管道应变的监测位置，即布设传感器的位置时，可以根据现场勘察的滑坡体的范围、管道的相关性以及管道滑坡的现状，通过数值模拟的方式先计算出管道的最不利位置，即最容易发生损坏失效的位置，在最不利位置处取一个截面，在该截面的3点钟，9点钟和12点钟位置处焊接横向和纵向应变片。滑坡表层位移的监测采用分布式大量程电位位移计，在滑坡体外设置固定桩，沿着滑坡体滑移的方向分别分布式布设3个监测点，监测坡体变形的相对位移。土体含水量布设在管道截面竖向，布设3个监测点，分别设置在管道上部、管道中部和管道底部。

图3示意性示出了根据本公开另一实施例的浅层滑坡的监测预警方法的流程图。如图3所示，该方法300可以包括操作s310～s360。

在操作s310，油气管道浅层滑坡区现场勘探和地质调查。具体地，操作s310包括操作s3101～s3103。在操作s3101，地质背景资料搜集和分析。在操作s3102，岩土体的取样和室内试验。在操作s3103，监测点位选定。

在操作s320，监测数据采集和传输模块的建立。具体地，操作s320包括操作s3201～s3203。在操作s3201，监测设备的布设。在操作s3202，监测数据的采集和传输。在操作s3203，监测数据的存储和分析。

在操作s330，滑坡的稳定系数和管道变形的实时分析。

在操作s340，预警模型的建立。

在操作s350，油气管道浅层滑坡实时预警及预警分级。

在操作s360，油气管道浅层滑坡四色预警发布。

本公开根据油气管道浅层滑坡现场勘察和地质背景资料的分析，采用滑坡带土体非饱和状态的物理力学结合管道应变、降雨量、滑坡表层位移以及土体体积含水量监测数据，基于管道塑性变形理论、滑坡稳定性分析理论、工程地质学理论和水文地质理论，建立降雨条件下优化的滑坡变形速率切线角、非饱和土稳定系数和管道应变耦合的预警方法，全面反应油气管道浅层滑坡的变形特性，精确地对油气管道浅层滑坡开展预警。与相关技术采用“临界降雨量+临界应力”作为预警指标或者单一指标预警模式性比，本公开从管道安全保护的角度考虑，充分考虑在降雨作用下滑带土体物理力学参数的变化和管道塑性非线性失稳过程，根据滑坡监测预警规范和管道失效全过程，提出降雨条件下滑坡变形速率切线角、非饱和土稳定系数和管道最大塑性应变耦合的监测预警方法，监测指标系统全面，理论方法可行，预警结果立足规范，提高预警精度和科学性，反应管道滑坡失稳失效的全过程，可为油气管道浅层滑坡的稳定性分析和管道损伤的易发性提供有力技术支撑，对于推动油气管道地质灾害安全防护具有理论意义。

图4示意性示出了用于实现本公开实施例的浅层滑坡的监测预警方法的监测装置和监测点位置布置示意图。

图4中示意性示出了1个雨量监测站410、1个固定桩420、浅层滑坡430、挡土墙440、国道450以及天然气管道460的剖面示意图。雨量监测站410布设在位于坡体上侧的缓坡地形处。在进行滑坡表层位移监测时，固定桩420和挡土墙440用于固定位移传感器。

具体实施时，滑坡表层位移监测可以采用分布式大量程电位位移传感器，在浅层滑坡430外设置固定桩420，沿着浅层滑坡430的滑移方向分别分布式布设3个滑坡表层位移监测点，分别为ds1(2)、ds2(6)以及ds3(5)，监测浅层滑坡430变形的相对位移。ds1代表第1个滑坡表层位移监测点，括号里面的数字2代表在一个边坡上布置两排，ds2(6)和ds3(5)以此类推，此处不再赘述。

具体实施时，可以在每个管道应变监测点安装1个截面的管道应变监测传感器。ssi(1-3)、ssii(4-6)、ssiii(7-9)、ssiv(10-12)以及ssv(13-15)示出了管道应变的5个管道应变监测点。需要说明的是，ssi代表第1个应变监测点，括号里面的数字1-3代表在该监测点需要采集3个方向(分别在3点钟方向、9点钟方向和12点钟方向)的管道应变数据。

具体实施时，可以沿着天然气管道460的铺设方向分布式布设1组土体含水量监测传感器，该组土体含水量监测传感器竖向布设在天然气管道460截面上，用于采集处于不同深度土体的土体含水量。可选地，在管道上部、管道中部和管道底部分别布设第1个、第2个和第3个土体含水量监测点。sm1、sm2和sm3为第1个监测点对应浅层、中层和深层土体的土体含水量。sm4、sm5和sm6为第2个监测点对应浅层、中层和深层土体的土体含水量。sm7、sm8和sm9为第3个监测点对应浅层、中层和深层土体的土体含水量。

需要说明的是，图4中所示的滑坡表层位移监测点、管道应变监测点以及土体含水量监测点的数目仅仅是示意性的。根据浅层滑坡和油气管道的实际勘测结果，可以选定具有任意数目的滑坡表层位移监测点、管道应变监测点以及土体含水量监测点。

图5示意性示出了根据本公开实施例的浅层滑坡的监测预警方法的管道塑性应变的监测数据采集方法示意图。

如图5所示，在管道520的最不利位置处取一个截面，在截面3点钟位置(b)，9点钟位置(a)以及12点钟位置(c)分别布设管道应变监测传感器510。可选地，可以在a、b、c三个位置处分别焊接横向和纵向应变片。需要说明的是，管道520的最不利位置可以根据现场勘察的滑坡体的范围、管道的相关性及管道滑坡现状，通过数值模拟计算得出，代表管道最容易发生损伤的位置。

图6示意性示出了根据本公开实施例的浅层滑坡的监测预警装置的框图。如图6所示，该装置600可以包括监测数据采集模块610、预警分级数据确定模块620、预警分级模型获取模块630以及预警等级确定模块640。

监测数据采集模块610，用于针对多个监测指标，采集与每个监测指标对应的监测数据。多个监测指标包括降雨量、滑坡表层位移、土体体积含水量及油气管道的管道应变，油气管道铺设于浅层滑坡中。可选地，监测数据采集模块610例如可以用于执行图2描述的操作s210，在此不再赘述。

预警分级数据确定模块620，用于针对多个预警分级指标，基于监测数据，确定与每个预警分级指标对应的预警分级数据。多个预警分级指标包括用于表征浅层滑坡的变形特性的指标以及用于表征油气管道的失效特性的指标。可选地，预警分级数据确定模块620例如可以用于执行图2描述的操作s220，在此不再赘述。

预警分级模型获取模块630，用于获取预设的预警分级模型。预警分级模型用于依据预警分级数据对浅层滑坡的滑坡风险进行预警等级的划分。可选地，预警分级模型获取模块630例如可以用于执行图2描述的操作s230，在此不再赘述。

预警等级确定模块640，用于基于预警分级模型和与每个预警分级指标对应的预警分级数据，确定浅层滑坡的预警等级。可选地，预警等级确定模块640例如可以用于执行图2描述的操作s240，在此不再赘述。

可选地，预警分级指标包括滑坡变形速率切线角，预警分级数据确定模块包括：曲线绘制子模块，用于基于与滑坡表层位移对应的监测数据，绘制表层累积位移与时间曲线；坐标转换子模块，用于对表层累积位移与时间曲线进行坐标转换，以获得无量纲化的表层累积位移与时间曲线；第一确定子模块，用于基于无量纲化的表层累积位移与时间曲线，确定与滑坡变形速率切线角对应的预警分级数据。

可选地，与滑坡变形速率切线角对应的预警分级数据表示为：

其中，δsi为累积位移变形，v为等速变形阶段的变形速率，ti为坐标转换后同一时刻同一坐标值尺寸的无量纲坐标值，αi为滑坡变形速率无量纲切线角，δt为在每一个ti单元内的变化量，ti为时间变形监测周期，i表示滑坡表层位移的监测点序号。

可选地，预警分级指标包括非饱和土稳定系数，预警分级数据确定模块包括：采集子模块，用于采集浅层滑坡的滑坡土体；获得子模块，用于针对多个物理力学指标，获得滑坡土体的实验数据，其中，多个物理力学指标包括内摩擦角、粘聚力、干容重以及含水量；第二确定子模块，用于基于与降雨量对应的监测数据、与土体体积含水量对应的监测数据以及实验数据，确定与非饱和土稳定系数对应的预警分级数据。

可选地，与非饱和土稳定系数对应的预警分级数据表示为：

其中，δ^s(z，t)为深度z的土体在时刻t的吸应力，z为土体的深度，t为监测数据的采集时刻，fs(z，t)为深度为z的土体在t时刻的非饱和土稳定系数，φ为土体的内摩擦角，c为土体的粘聚力，α、n为水土特征曲线参数，γw为水的容重，γs为土体的干容重，θs为土体的饱和含水量，θr为土体的残余含水量，θ(z，t)为监测含水量，β为滑坡坡度。

可选地，预警分级指标包括管道塑性应变，与管道塑性应变对应的预警分级数据表示为：

其中，εi为管道塑性应变值，l为在油气管道的指定截面上3点钟位置的应变变化量，u为在油气管道的指定截面上12点钟位置的应变变化量，r为在油气管道的指定截面上9点钟位置的应变变化量，x为油气管道任意应变的监测数据对应的横坐标值，r为油气管道的管道半径值，i表示管道应变的监测点序号。

可选地，预警等级确定模块包括：第三确定子模块，用于基于预警分级模型和与每个预警分级指标对应的预警分级数据，确定与每个预警分级指标对应的预警等级，其中，预警分级模型按照滑坡风险从大到小的顺序，将预警等级划分为高风险、较高风险、中等风险以及低风险，预警等级越高，滑坡风险越大；第四确定子模块，用于将与每个预警分级指标对应的预警等级中等级最高的预警等级，确定为浅层滑坡体的预警等级。

可选地，装置还包括：预警响应执行模块，用于基于浅层滑坡体的预警等级，执行对应的预警响应。不同预警等级对应不同预警响应。

可选地，在采集与每个监测指标对应的监测数据之前，装置还包括：滑坡勘测结果获取模块，用于获取针对浅层滑坡的滑坡勘测结果；管道勘测结果获取模块，用于获取针对油气管道的管道勘测结果；监测点位置选定模块，用于基于滑坡勘测结果以及管道勘测结果，选定与每个监测指标对应的监测点位置，以通过在监测点位置布设的监测设备采集与每个监测指标对应的监测数据。

需要说明的是，装置部分实施例中各模块的实施方式、解决的技术问题、实现的功能、以及达到的技术效果分别与方法部分实施例中各对应的步骤的实施方式、解决的技术问题、实现的功能、以及达到的技术效果相同或类似，在此不再赘述。

根据本公开的实施例的模块、子模块中的任意多个、或其中任意多个的至少部分功能可以在一个模块中实现。根据本公开实施例的模块、子模块中的任意一个或多个可以被拆分成多个模块来实现。根据本公开实施例的模块、子模块中的任意一个或多个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(fnga)、可编程逻辑阵列(nla)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(asic)，或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式的硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，根据本公开实施例的模块、子模块中的一个或多个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。

例如，监测数据采集模块610、预警分级数据确定模块620、预警分级模型获取模块630以及预警等级确定模块640中的任意多个可以合并在一个模块中实现，或者其中的任意一个模块可以被拆分成多个模块。或者，这些模块中的一个或多个模块的至少部分功能可以与其他模块的至少部分功能相结合，并在一个模块中实现。根据本公开的实施例，监测数据采集模块610、预警分级数据确定模块620、预警分级模型获取模块630以及预警等级确定模块640中的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(fnga)、可编程逻辑阵列(nla)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(asic)，或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，监测数据采集模块610、预警分级数据确定模块620、预警分级模型获取模块630以及预警等级确定模块640中的至少一个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。

图7示意性示出了根据本公开实施例的适于实现上文描述的浅层滑坡的监测预警方法的计算机可读存储介质产品的示意图。

在一些可能的实施方式中，本发明的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当程序产品在设备上运行时，程序代码用于使设备执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种示例性实施例的浅层滑坡的监测预警方法中的前述各项操作(或步骤)，例如，电子设备可以执行如图2所示的操作s210～s240。

程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、系统或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(enrom或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

图7描述了本公开实施方式的浅层滑坡的监测预警的程序产品700，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)并包括程序代码，并可以在设备，例如个人电脑上运行。然而，本发明的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、系统或者器件使用或者与其结合使用。

可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、系统或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、有线、光缆，rf等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言-诸如java，c++等，还包括常规的过程式程序设计语言-诸如“c”，语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络——包括局域网(laa)或广域网(waa)一连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

图8示意性示出了根据本公开实施例的适于实现上文描述的浅层滑坡的监测预警方法的电子设备的框图。图8示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图8所示，根据本公开实施例的电子设备800包括处理器801，其可以根据存储在只读存储器(rom)802中的程序或者从存储部分808加载到随机访问存储器(ram)803中的程序而执行各种适当的动作和处理。处理器801例如可以包括通用微处理器(例如cnu)、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器(例如，专用集成电路(asic))，等等。处理器801还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器801可以包括用于执行根据本公开实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。

在ram803中，存储有电子设备800操作所需的各种程序和数据。处理器801、rom802以及ram803通过总线804彼此相连。处理器801通过执行rom802和/或ram803中的程序来执行根据本公开实施例的方法流程的各种操作。需要注意，所述程序也可以存储在除rom802和ram803以外的一个或多个存储器中。处理器801也可以通过执行存储在所述一个或多个存储器中的程序来执行根据本公开实施例图2中所示的操作s210～s240。

根据本公开的实施例，电子设备800还可以包括输入/输出(i/o)接口805，输入/输出(i/o)接口805也连接至总线804。系统800还可以包括连接至i/o接口805的以下部件中的一项或多项：包括键盘、鼠标等的输入部分806；包括诸如阴极射线管(crt)、液晶显示器(lcd)等以及扬声器等的输出部分807；包括硬盘等的存储部分808；以及包括诸如laa卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分809。通信部分809经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器810也根据需要连接至i/o接口805。可拆卸介质811，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器810上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分808。

根据本公开的实施例，根据本公开实施例的方法流程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读存储介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分809从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质811被安装。在该计算机程序被处理器801执行时，执行本公开实施例的系统中限定的上述功能。根据本公开的实施例，上文描述的系统、设备、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。

本公开还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的设备/装置/系统中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备/装置/系统中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本公开实施例的方法，包括图2所示的操作s210～s240。

根据本公开的实施例，计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介质，例如可以包括但不限于：便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(enrom或闪存)、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。例如，根据本公开的实施例，计算机可读存储介质可以包括上文描述的rom802和/或ram803和/或rom802和ram803以外的一个或多个存储器。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目标，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。