一种基于卫星通信技术的偏远山区地质灾害监测预警系统的制作方法

本发明涉及偏远山区地质灾害监测预警，特别涉及一种基于卫星通信技术的偏远山区地质灾害监测预警系统。

背景技术：

1、多年来，山区地质灾害多发频发，地质灾害的发生不仅给人们的生命财产带来难以估量的损失，而且也对社会经济发展产生了严重的影响，地质灾害的监测预警工作至关重要，需要使用监测预警系统对偏远山区进行监控。

2、而现有的监测预警系统在使用过程中还存在以下缺陷：

3、地质灾害预警涉及多个因素或数据的综合分析，而现有的监测预警系统对偏远山区地质灾害进行监测过程中，考虑的较为单一；不能基于当前目标山区的断层数据、地表数据以及大气数据进行综合分析，全方面的反映当前目标山区的灾害隐患；

4、当前地质灾害监测预警系统数据传输多采用gprs技术，但由于偏远山区建设基站少、距离远，中间山体障碍多，导致依赖信号塔基础建设的通信设备运行不稳定，山区大片区域信号差或没信号，单一的通讯方式可能导致地质灾害监测点在信号不稳定的情况下失去监控，影响地质灾害系统监测预警数据传输与管控分析。

5、为此，推出一种基于卫星通信技术的偏远山区地质灾害监测预警系统。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种基于卫星通信技术的偏远山区地质灾害监测预警系统，可以实现对目标山区各影响参数的综合分析，并通过卫星通信技术进行传输，以解决上述背景技术提出的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：包括监测分析模块和卫星通信模块；

3、监测分析模块内设置有采集布设单元与数据分析单元；其中采集布设单元包括采集仪器，采集仪器通过传感器线缆与部署在目标地区各测点的传感器连接；

4、数据分析单元对当前山区的影响参数进行分析，得到当前山区对应当前监测时间点的灾害预警评估指数zhy；影响参数包括断层位移数据、地表位移数据以及大气变化数据；

5、对当前山区的断层位移数据进行分析，得到当前山区对应当前监测时间段内的断层状态评估指数dzp；具体为：

6、获取当前山区各断层的所处位置；通过激光测距仪监测各断层的位移情况；通过在各断层两侧设置测量点位，并设定测量的时间间隔，定期进行测量，记录每个测量点位的水平和垂直位移并进行测量点位的标记；

7、对每个测量点位的记录数据进行预处理，比较对应断层在当前监测时间段内各时间点的位移数据，通过公式(当前位移-初始位移)/设定的时间间隔，进行计算得到每个测量点位的位移速率；其中当前位移为当前时刻的位移值；初始位移为起始时刻的位移值；

8、将对应断层的各位移速率按照水平位移和垂直位移进行分类，得到对应断层对应当前监测时间段内各时间点的水平位移集合和垂直位移集合；

9、统计对应断层水平位移集合内的速率个数并标记为ys；同时对水平位移集合内的各数值之间进行均值计算，得到对应断层在当前监测时间段内的水平速率均值yf；

10、提取水平位移集合内高于水平速率均值yf的数值，并统计其个数，计算统计个数与速率个数ys之间的比值得到高速占比yh；同时对高于水平速率均值yf的数值之间进行均值计算，得到高速均值yt；

11、将对应断层在当前监测时间段内的高速占比yh与高速均值yt代入公式yp＝(yh×a1)1.23+yt×0.987a2，进行计算得到水平超速估值yp；其中a1和a2分别为高速占比yh与高速均值yt的影响权重因子；

12、将对应断层的速率个数ys、水平速率均值yf以及水平超速估值yp代入公式进行计算得到对应断层在当前监测时间段内的水平位移评估指数ymj；其中ys阈值、yf阈值以及yp阈值分别表示速率阈值个数、水平速率均值阈值以及水平超速估值阈值；bs1、bs2以及bs3分别为速率个数ys、水平速率均值yf以及水平超速估值yp的影响权重因子；

13、同上述步骤对垂直位移集合进行分析，得到对应断层在当前监测时间段内的垂直位移评估指数ymt；

14、将对应断层在当前监测时间段内两侧测量点位位移的结束点位分别标记为上盘结束点位与下盘结束点位；获取对应断层在当前监测时间段内上盘结束点位与下盘结束点位的坐标信息，连接两组结束点位构建连接线；

15、通过公式90°-arctan(下盘结束点位纵坐标-上盘结束点位纵坐标)/(下盘结束点位横坐标-上盘结束点位横坐标)，进行计算得到连接线与垂直线的夹角并标记为对应断层在当前监测时间段内的倾角值；arctan为反正切函数；

16、将对应断层在当前监测时间段内的倾角值与设定的多个取值范围进行匹配，得到对应断层在当前监测时间段内的断层倾斜影响值dc；其中每个取值范围分别对应一个断层倾斜影响值；

17、需要说明的是，计算得到的夹角。如果夹角接近0度，表示断层面几乎与水平方向平行；如果夹角接近90度，表示断层面几乎垂直；如果夹角为45度，表示断层面以约45度的角度与水平方向相交。

18、将对应断层在当前监测时间段内的水平位移评估指数ymj、垂直位移评估指数ymt以及断层倾斜影响值dc代入公式进行计算得到对应断层的危险程度评估指数fga；其中ymj阈值、ymt阈值以及dc阈值分别表示断层的水平位移阈值指数、垂直位移阈值指数以及断层倾斜阈值；bd1、bd2以及bd3分别为水平位移评估指数ymj、垂直位移评估指数ymt以及断层倾斜影响值dc的影响权重因子；

19、将目标山区在当前监测时间段内的各断层危险程度评估指数标记为fgai；其中i＝1，2，k；k为目标山区在当前监测时间段内的断层总数；

20、将各断层的危险程度评估指数fgai代入公式进行计算得到当前山区对应当前监测时间点的断层状态评估指数dzp；其中fga参考表示断层的危险程度参考指数；bfi为各断层基于所处山区位置危险程度评估指数fgai的影响权重因子；

21、对当前山区的地表位移数据进行分析，得到当前山区对应当前监测时间段内的地表变化评估指数dkg；具体为：

22、通过合成孔径雷达利用雷达波束向山区地表发送微波信号并接收回波；获取当前山区对应当前监测时间段内，具有足够时序分辨率和空间分辨率的sar影像；

23、提取当前监测时间段内各时间点山区的sar影像，并对获取的sar影像进行预处理；并对获取的各时间点sar影像进行精确的配准，将其空间位置与尺度对齐；并对配准后的各sar影像进行相位解缠，得到目标山区对应各时间点的相干图像；

24、需要说明的是，相干图像显示了不同时间点sar影像之间的相位差异，而这些差异可以反映目标山区对应当前监测时间段内的形变情况。

25、通过各时间点的相干图像获取相邻两组时间点sar影像的相位差；即各时间点sar影像之间的相位变化情况；

26、确定各时间点sar影像拍摄时的基线距离；并利用多普勒几何关系计算相邻两组时间点sar影像的基线长；

27、通过相邻两组时间点sar影像的相位差和基线长，基于多普勒解调原理，可以计算地表的los位移；对得到的los位移进行处理和转换，得到水平位移；

28、通过卫星遥感数据获取目标山区的dem数据；将dem数据和各组水平位移数据进行配准，保证其在同一地理坐标系统下；

29、利用插值算法，将各组位移数据在dem上进行空间插值，以得到在dem栅格单元内的位移信息；

30、根据位移信息，确定每个栅格单元的位移矢量方向；位移矢量方向使用方位角与水平面的夹角表示；根据位移信息，确定每个栅格单元的位移矢量大小；根据各组位移矢量方向和大小，在dem上对每个栅格单元进行空间平移，将其位置沿位移矢量的相反方向移动；

31、对调整后的各组位移数据进行距离计算，即计算每个栅格单元的水平位移距离；得到目标山区在当前监测时间段内调整后的各组地表位移值；

32、将各组地表位移值与设定的阈值进行比对，若其中一组地表位移值大于设定的阈值，则将其标记为位移异值，同时将其对应的时区标记为位移异时；

33、统计目标山区在当前监测时间段内的位移异值个数，并标记为异值个数ks；同时对各组位移异值进行均值的计算，得到位异均值kt；

34、提取各组位移异时并进行累加，得到目标山区在当前监测时间段内的位异时长kw；

35、将各组地表位移值进行累加，得到目标山区在当前监测时间段内的位移总值ku；

36、将目标山区在当前监测时间段内的异值个数ks、位异均值kt、位移总值ku以及位异时长kw代入公式进行计算得到地表变化评估指数dkg；其中ks阈值、kt阈值、ku阈值以及kw阈值分别表示目标山区的异值个数阈值、位异均值阈值、位移总值阈值以及位异阈值时长；ng1、ng2、ng3以及ng4分别为异值个数ks、位异均值kt、位移总值ku以及位异时长kw的影响权重因子；

37、对当前山区的大气变化数据进行分析，得到当前山区对应当前监测时间段内的大气变化评估指数dtb；具体为：

38、对目标山区设定时间范围内各下雨天的降水量数据进行提取；并将各下雨天的降水量代入折线图内表示；绘制各天降水量对应在折线图内的数值点；连接相邻日期下雨天的降水量数值点，得到数值线；构建预设的日降水量阈值对应在折线图内的阈值线；对高于阈值线的日降水量标记为日降水极值；

39、计算相邻两组降水量之间的时间间隔，并与设定的参考值进行比对；若其中一组时间间隔小于设定的参考值，则将其标记为降水频时；提取目标山区设定时间范围内的降水频时，并进行累加，得到当前设定时间范围内目标山区的降水频值hd；

40、对各组日降水极值进行标记，并基于各标记的位置与阈值线之间作垂线，计算各垂线的长度，得到目标山区设定时间范围内的各组高出值；统计高出值的个数得到高出个值ha，对各组高出值之间进行均值的计算，得到高出均值hb；将高出个值ha和高出均值hb代入公式，进行计算得到设定时间范围内目标山区的降水超值hf；

41、计算各组数值线的斜率以及数值线与水平线的夹角；当数值线与水平线的夹角为锐角时，将该数值线的斜率标记为斜率一；当数值线与水平的夹角为钝角时，将其标记为斜率二；对所有斜率一的数值进行求和得到斜一总值，对所有斜率二的数值进行求和并取绝对值得到斜二总值；计算斜一总值与斜二总值的比值得到降水趋值hm；

42、将目标山区设定时间范围内的降水频值hd、降水超值hf以及降水趋值hm代入公式得到降水变化评估指数hrt；其中hd参考、hf参考以及hm参考分别表示目标山区的降水频值参考值、降水超值参考值以及降水趋值参考值；nj1、nj2以及nj3分别为降水频值hd、降水超值hf以及降水趋值hm的影响权重因子；

43、获取目标山区对应当前监测时间段内各时间点的露点温度数据，并进行预处理；提取各组露点温度数据中的月份信息；根据目标山区的气候特点，将各组露点温度数据按照季节进行分类，并对各季节内的露点温度数据进行均值计算，得到目标山区每个季节的平均露点温度hysk；其中k＝1，2，3或4；hys1、hys2、hys3以及hys4分别代表春、夏、秋、冬时的平均露点温度；

44、将目标山区对应当前监测时间点的降水变化评估指数hrt和对应季节的平均露点温度hysk代入公式进行计算得到大气变化评估指数dtb；其中hrt阈值和hysk阈值分别表示目标山区的降水变化阈值指数和对应季节的平均露点阈值温度；vb1和vb2分别为降水变化评估指数hrt和对应季节的平均露点温度hysk的影响权重因子；

45、将目标山区在当前监测时间段内的断层状态评估指数dzp、地表变化评估指数dkg以及大气变化评估指数dtb代入公式进行计算得到目标山区的灾害预警评估指数zhy；其中cm1、cm2以及cm3分别为断层状态评估指数dzp、地表变化评估指数dkg以及大气变化评估指数dtb的影响权重因子；

46、将目标山区的灾害预警评估指数zhy与多个预设的取值范围进行匹配，得到目标山区对应当前监测时间段内的预警等级信号；设定每个取值范围分别对应一个预警等级信号；

47、卫星通信模块用于接收监测分析模块得到的灾害预警评估指数zhy以及对应生成的预警等级信号并以卫星通信方式发送至上位机；其中卫星通信模块包括卫星通信技术通讯设备、通过天线延长线与该卫星通信技术通讯设备连接的卫星通信技术通讯天线收发器。

48、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

49、本发明通过对目标山区在当前监测时间内的断层位移数据、地表位移数据以及大气变化数据进行针对性分析，得到当前监测时间段内的断层状态评估指数、地表变化评估指数以及大气变化评估指数；从而反映当前监测时间段内断层状态、地表状态以及大气变化情况对目标山区的影响；并对以上指数进行综合分析，得到目标山区的灾害预警评估指数，通过目标山区的灾害预警评估指数，可以全方面的反映当前目标山区的灾害隐患程度，并将目标山区的灾害预警评估指数与多个预设的取值范围进行匹配，得到目标山区对应当前监测时间段内的预警等级信号，将得到的预警等级信号通过卫星通信模块发送至上位机，从而基于当前的预警等级做出相应的决策。

50、本发明通过将监测分析的数据以卫星通信方式发送至上位机，从而进一步解析和管控，填补偏远山区没有网络或信号塔没辐射到的地方数据传输和通讯的技术空白，提高监测分析数据的安全可靠性，对于减轻灾害损失、保障人民生命财产安全以及促进社会经济发展至关重要；卫星技术作为地质灾害监测预警领域数据传输新方式，将实现在通信条件差、地质环境复杂的偏远山区的地质灾害监测预警数据远程传输与控制，能够广泛应用在地质灾害监测相关领域。