一种复杂高陡边坡的安全监测预警系统的制作方法

本发明涉及一种复杂高陡边坡的安全监测预警系统，属于边坡安全监测。

背景技术：

1、水电站边坡是水电站蓄水设施中很重要的一个部分，对保障相关工程安全、自然环境安全以及人员财产和生命安全有着极其重要的作用。随着水电工程的发展，高陡边坡工程越来越多，这类边坡一般地址条件复杂，地形险峻。而边坡又主要分为土质边坡和岩质边坡，土质边坡的破坏形式主要为剪切破坏，形式较为单一；岩质边坡由于其岩体组成与结构形式的特殊性，破坏形式常以崩塌、倾倒、溃屈、滑动为主。相比于土质边坡，岩质边坡更具有复杂的失稳机理，岩质边坡通常具有过程短，形式多，受地下水影响大的特点。

2、导致边坡发生失稳破坏的因素即为边坡失稳的预警判据。目前国内外关于滑坡的预警，主要是根据边坡的实际地质、水文情况等合理选择预警判据，预警判据虽有十余种之多，但大体上可分为两大类：单因子的判据和两种及以上因子的综合判据。单因子判据较为简单，当一个变量达到设定的极限值(如边坡极限变化速率等)时便宣告边坡进入临界状态；综合判据相对单因子判据较为复杂，必须是由两个或两个以上的因子同时都达到设定的极限值(例如当降雨量达到设定的极限值，同时边坡的变形也达到设定的极限值)时，才标志着边坡进入临界状态，即需要对多种指标进行综合判断。由于水电站边坡为复杂高陡边坡，对其的安全监测如果只使用上述方法中的一种，很难全方位的监测边坡的安全状态。

技术实现思路

1、本发明提供了一种复杂高陡边坡的安全监测预警系统，能够解决现有边坡安全监测系统难以全方位的监测边坡安全状态的问题。

2、本发明提供了一种复杂高陡边坡的安全监测预警系统，所述预警系统包括：

3、监测数据获取模块，用于获取多个监测指标针对目标边坡的监测数据；

4、单项预警模块，用于根据每个监测指标的监测数据，确定每个监测指标针对目标边坡的单项预警等级；

5、综合预警模块，用于根据每个监测指标的单项预警等级，确定所述目标边坡的综合预警等级。

6、可选的，所述多个监测指标包括用于表征表面变形信息的指标a1、用于表征深部变形信息的指标a2、用于表征强震信息的指标b3、用于表征降雨量信息的指标c1和用于表征库水位变化信息的指标c2。

7、可选的，所述多个监测指标还包括用于表征视频监测塌方信息的指标b1和用于表征微震信息的指标b2。

8、可选的，所述单项预警等级和所述综合预警等级均包括预警等级由高至低的红色预警、橙色预警、黄色预警和绿色预警四个等级；

9、所述综合预警模块具体用于：

10、根据所有监测指标的单项预警等级，判断其是否满足红色预警条件，若是，则确定所述目标边坡的综合预警等级为红色预警；若否，则判断其是否满足橙色预警条件，若是，则确定所述目标边坡的综合预警等级为橙色预警；若否，则判断其是否满足黄色预警条件，若是，则确定所述目标边坡的综合预警等级为黄色预警；若否，则判断其是否满足绿色预警条件，若是，则确定所述目标边坡的综合预警等级为绿色预警。

11、可选的，m色预警条件为：指标a1和指标a2的单项预警等级同为m色预警，或者指标b1、指标b2、指标b3中任一指标的单项预警等级为m色预警，或者指标c1和指标c2的单项预警等级同为m色预警；

12、其中，m色为红色、橙色、黄色、绿色中的任一种。

13、可选的，所述预警系统还包括：

14、区块划分模块，用于将目标边坡划分成变形区和稳定区，并将所述变形区和所述稳定区分别划分成多个监测区块；每个监测区块包含一个测点；

15、所述监测数据获取模块具体用于获取针对每个测点的指标a1的监测数据和指标a2的监测数据；

16、所述单项预警模块具体用于根据每个测点的指标a1的监测数据和指标a2的监测数据，确定指标a1和指标a2分别针对目标边坡的单项预警等级。

17、可选的，对于指标a1，

18、所述单项预警模块具体包括：

19、第一变形区预警单元，用于根据所述变形区中每个测点的指标a1的监测数据，确定指标a1在所述变形区的预警等级；

20、第一稳定区预警单元，用于根据所述稳定区中每个测点的指标a1的监测数据，确定指标a1在所述稳定区的预警等级；

21、第一整区预警单元，用于将指标a1在所述变形区和所述稳定区的预警等级中较高的预警等级作为指标a1针对目标边坡的单项预警等级。

22、可选的，所述第一变形区预警单元具体包括：

23、第一变形区计算子单元，用于根据所述变形区中每个测点的指标a1的监测数据，计算每个测点当前时刻前n天的平均位移速率；

24、第一变形区预警子单元，用于根据所述平均位移速率满足不同预警标准的测点占比，确定指标a1在所述变形区的预警等级；其中，n大于等于2。

25、可选的，所述第一稳定区预警单元具体包括：

26、第一稳定区计算子单元，用于根据所述稳定区中每个测点的指标a1的监测数据，计算每个测点当前时刻前0-2m天中后m天和前m天的平均位移差，以及后m天和前m天的平均位移速率；

27、第一稳定区预警子单元，用于根据所述平均位移差和平均位移速率满足不同预警标准的测点占比，确定指标a1在所述稳定区的预警等级；其中，m大于等于2。

28、可选的，对于指标a2，

29、所述单项预警模块具体包括：

30、第二变形区预警单元，用于根据所述变形区中每个测点的指标a2的监测数据，确定指标a2在所述变形区的预警等级；

31、第二稳定区预警单元，用于根据所述稳定区中每个测点的指标a2的监测数据，确定指标a2在所述稳定区的预警等级；

32、第二整区预警单元，用于将指标a2在所述变形区和所述稳定区的预警等级中较高的预警等级作为指标a2针对目标边坡的单项预警等级。

33、可选的，所述第二变形区预警单元具体包括：

34、第二变形区计算子单元，用于根据所述变形区中每个测点的指标a2的监测数据，计算每个测点当前时刻前0-2s天中后s天的平均位移和前s天的平均位移；

35、第二变形区预警子单元，用于根据所述平均位移满足不同预警标准的测点占比，确定指标a2在所述变形区的预警等级；其中，s大于等于2。

36、可选的，所述第二稳定区预警单元具体包括：

37、第二稳定区计算子单元，用于根据所述稳定区中每个测点的指标a2的监测数据，计算每个测点当前时刻前0-2k天中后k天和前k天的平均位移差，以及后k天和前k天的平均地下水位差；

38、第二稳定区预警子单元，用于根据所述平均位移差和平均地下水位差满足不同预警标准的测点占比，确定指标a2在所述稳定区的预警等级；其中，k大于等于2。

39、可选的，所述指标b1的监测数据为塌方频次和日垮塌方量；

40、所述指标b2的监测数据为全通道能量加权日平均值、微震破裂事件日发生次数和微震破裂事件日矩震级之和；

41、所述指标b3的监测数据为地震最大加速度、最大位移和烈度；

42、所述指标c1的监测数据为降雨量；

43、所述指标c2的监测数据为库水位变化速率。

44、可选的，所述指标a1的监测数据通过全站仪、测量机器人、gnss和gps中的一种或多种仪器获取；

45、所述指标a2的监测数据通过静力水准仪、四点式多点变位计、杆式水平位移计、六点式多点变位计、阵列式位移计和渗压计中的一种或多种仪器获取。

46、本发明能产生的有益效果包括：

47、(1)本发明构建了一种适用于水电站复杂高陡边坡安全监测的预警系统，整合建立了复杂高陡边坡安全监测预警的全流程和指标体系，将单项预警、区域预警、分区分块预警、整体预警相结合；将变形预警、渗流预警、滑塌预警、微震预警、强震预警、暴雨预警、水位剧变预警相结合；将表部预警与深部预警相结合；将分级预警与应急预案相结合。本发明根据确定的监测指标和工程监测模型，选取多种监测手段，对应使用多种监测仪器，提取各种自动化监测平台的数据并融合，确定了目标边坡的变形范围及分区分块情况，最后综合失事危害程度和失事风险水平两个因素，建立了复杂高陡边坡的四级预警指标体系，从而实现了预警预报，为水电站边坡长久运行风险管控提供决策依据，为保障工程安全提供技术支持。

48、(2)本发明提供的复杂高陡边坡的安全监测预警系统，针对复杂高陡边坡的特性，在同一边坡采用多达7种监测手段，采用光、电、声多维度监测方法，将多种监测仪器的数据集成融合至一个平台中并进行预警操作，整合出一套边坡变形监测新体系，解决了大型边坡安全监测的可靠性问题。本发明中建立的预警系统不仅适用于水电站复杂边坡，还可推广至其它类似的水利工程中、道路桥梁等工程中去，具有较大的商业化推广应用潜力。