基于微服务与容器化的滑坡安全快速评估系统的制作方法

本发明涉及滑坡监测，具体为基于微服务与容器化的滑坡安全快速评估系统。

背景技术：

1、滑坡是常见的地质灾害，对其进行实时监测与变形评估对于防灾减灾工作具有重要作用，随着空间探测与传感技术的发展，获取滑坡体几何单元的大规模三维点云数据成为常态，数字孪生理念也逐渐引入到滑坡变形的动态展示与安全评估中。

2、现有滑坡变形评估系统在实际应用中仍存在设计局限，常规系统多采用耦合度较高的同步数据处理架构，在面对高频传入的复杂三维空间形变数据时，系统主体容易承担过高的计算负荷，引发数据处理阻塞与整体响应迟缓，同时，现有的变形评估算法通常侧重于分析地表位移的直接变化，未有效建立地表形变数据与滑坡内部深层结构面变形状态的空间映射关系，难以准确量化滑坡内部的非均匀变形程度并定位内部深层的破坏单元。在结果呈现环节，常规的三维可视化手段主要针对滑坡表层网格进行简单的变形或位移贴图渲染，无法透过表层结构对滑坡体内部的局部异常变形状态进行透视化显示，由于缺乏深层破坏特征与三维场景的协同渲染机制，系统难以直观展示滑坡内部隐蔽的失稳破坏点位置，导致评估结果的反馈存在显示滞后与视角局限的问题，无法满足对复杂滑坡进行实时动态评估的业务需求。因此，本发明提出基于微服务与容器化的滑坡安全快速评估系统，来解决现有技术的不足。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了基于微服务与容器化的滑坡安全快速评估系统，解决了现有滑坡监测系统在处理复杂三维空间变形数据时计算负荷高导致处理阻塞，难以准确量化与定位滑坡内部深层结构破坏状态，以及受限于表层渲染导致滑坡内部潜在失稳点显示滞后且难以直观观察的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、本发明提供一种基于微服务与容器化的滑坡安全快速评估系统，包括：

4、空间离散化模块，用于将滑坡体几何单元划分为多层三维点云集合，并融合外部地表监测设备采集的位移信息计算空间节点的三维变形位移标量；

5、安全评估模块，用于基于三维变形位移标量计算多层三维点云集合的位移梯度统计指标，将位移梯度统计指标输入预构建的力学映射模型处理计算滑坡全局等效安全系数；

6、异常识别模块，用于在多层三维点云集合中提取变形活跃区域，基于密度聚类规则对变形活跃区域执行点级筛选，输出高位移异常特征点簇及三维空间坐标；

7、异步调度模块，用于将算法容器镜像实例化为独立运行的容器应用实体生成后台异步数据处理任务，并将滑坡全局等效安全系数与高位移异常特征点簇的三维空间坐标存储至系统结构化数据库，并从系统结构化数据库检索并读取滑坡全局等效安全系数与高位移异常特征点簇的三维空间坐标；

8、动态渲染模块，用于获取系统结构化数据库检索并读取滑坡全局等效安全系数与高位移异常特征点簇的三维空间坐标，在数字孪生三维场景中执行动态更新与叠加渲染进行实时评估。

9、优选的，空间离散化模块依据预设的三维网格分辨率将滑坡体几何单元划分为多层三维点云集合；

10、空间离散化模块获取外部地表监测设备获取的地表形变点云数据作为位移信息，提取滑坡体表面空间节点对应的地表三维位移矢量，将地表三维位移矢量输入预构建的内部结构变形推演模型中，内部结构变形推演模型为深度分层生成变分自编码器模型，通过深度分层生成变分自编码器模型推算多层三维点云集合中各个空间节点的三维变形位移矢量，基于三维变形位移矢量计算三维变形位移标量。

11、优选的，异步调度模块将系统逻辑代码打包为算法容器镜像并分发至计算集群节点，实例化为独立运行的容器应用实体并配置服务调用接口；

12、异步调度模块内置时间调度引擎，当时间差值条件满足预设的时间间隔阈值时触发生成后台异步数据处理任务，通过服务调用接口向容器应用实体发送计算请求信号提取三维变形位移标量执行内部的安全评估与异常特征识别运算。微服务架构将复杂空间点云计算分离封装，保证前端响应不受后台数据处理阻塞。

13、优选的，安全评估模块对三维变形位移标量执行数据缩放预处理获得归一化位移特征；

14、安全评估模块针对空间节点提取空间邻域点集，基于三维变形位移标量计算空间节点与空间邻域点集内各个邻近空间节点之间的位移差值绝对值，将位移差值绝对值除以三维欧氏距离计算获取局部节点变形梯度率，对局部节点变形梯度率执行算术平均处理得出局部位移梯度作为位移梯度统计指标。

15、优选的，安全评估模块在多层三维点云集合内部通过k均值无监督聚类算法划分为多个变形聚类单元，提取变形聚类单元内部作为位移梯度统计指标的各个局部位移梯度，计算各个局部位移梯度的算术平均值，提取得到对应层级的层级平均位移梯度指标，将多个离散点云层级的层级平均位移梯度指标按照深度顺序拼接组合为多层平均位移梯度序列；

16、力学映射模型采用梯度提升机模型架构，将多层平均位移梯度序列输入至内部独立的回归决策树执行节点分裂计算，按照预设权重参数对各个回归决策树的输出预测残差进行加和累加运算得出滑坡全局等效安全系数。

17、优选的，异常识别模块在多层三维点云集合中提取所有空间节点的三维变形位移标量与局部位移梯度划定初始聚类簇，计算初始聚类簇的平均位移梯度数值，将平均位移梯度数值高于或等于整体中位数的初始聚类簇划定为变形活跃区域；

18、异常识别模块对变形活跃区域应用主成分分析算法求解协方差矩阵，提取累计方差贡献率大于预设贡献阈值的特征向量作为主成分，投影至少维的主特征维度完成对变形活跃区域的中观降维处理。

19、优选的，异常识别模块基于主特征维度计算变形活跃区域内各个空间节点之间的相互可达距离；

20、异常识别模块以相互可达距离为图边连接权重构建最小生成树，逐步削减连线形成层次聚类树状结构，提取稳定性度量指标最高的子树分支作为独立的最优聚类簇，将被提取出的独立的最优聚类簇隔离为非一致性异常变形单元。

21、优选的，异常识别模块将非一致性异常变形单元内部的空间节点作为目标空间节点，针对目标空间节点提取近邻点集合，计算局部可达距离并进行算术平均求和，并将求和平均值的倒数定义为局部可达密度；

22、异常识别模块计算各个邻域空间节点的局部可达密度与目标空间节点的局部可达密度的比值，并将所有比值进行算术平均处理，运算得出局部异常因子，提取局部异常因子大于或等于局部异常因子判定阈值的目标空间节点标记为高位移异常特征点簇，并提取高位移异常特征点簇的三维空间坐标。异常识别机制构建宏观、中观、微观的逐级计算流程，提高内部异常特征节点识别的精确性。

23、优选的，异步调度模块采用混合存储策略将滑坡全局等效安全系数与三维空间坐标写入系统结构化数据库构建预热缓存；

24、动态渲染模块基于网络套接字协议建立双向通信通道，将滑坡全局等效安全系数封装为流式数据报文主动推送至客户端前端引擎，驱动客户端前端引擎提取流式数据报文中的评估时间戳，并在图表组件中将滑坡全局等效安全系数与评估时间戳动态追加二维坐标节点，并进行线段连接生成安全系数变化曲线。

25、优选的，动态渲染模块利用包含三维旋转参数分量与三维平移参数向量分量的仿射变换矩阵，将高位移异常特征点簇的三维空间坐标作为局部空间坐标转换为前端三维渲染引擎识别的三维世界坐标；

26、动态渲染模块在数字孪生三维场景中依据预先设定的透明度参数对滑坡体表层网格材质的阿尔法通道进行混合渲染，依据局部异常因子的数值的截断上限阈值与下限阈值区间建立热力图渐变映射规则生成颜色材质，基于三维世界坐标将颜色材质赋予实例化的三维空间节点模型，生成高亮标识图块叠加渲染在滑坡模型内部各层级对应的非一致性异常变形区域内完成实时评估。

27、本发明提供了基于微服务与容器化的滑坡安全快速评估系统。具备以下有益效果：

28、1、本发明通过将系统逻辑代码打包为算法容器镜像并实例化为独立运行的容器应用实体，利用异步调度模块内置的时间调度引擎触发后台异步数据处理任务，将内部的安全评估与异常特征识别运算与操作系统的运行环境进行隔离，实现高强度计算过程与滑坡变形实时评估系统前端通信响应过程的异步解耦，避免了复杂三维空间变形数据处理过程中产生的计算阻塞现象，提升了滑坡变形实时评估系统的数据处理效率与运行稳定性。

29、2、本发明通过内部结构变形推演模型推算多层三维点云集合中各个空间节点的三维变形位移标量，基于三维变形位移标量计算位移差值绝对值与三维欧氏距离得到局部节点变形梯度率，并结合局部可达密度得出局部异常因子，提取局部异常因子大于或等于局部异常因子判定阈值的目标空间节点标记为高位移异常特征点簇，建立地表形变点云数据与滑坡内部结构变形状态的映射关系，量化滑坡内部非均匀变形程度，实现了对滑坡内部非一致性异常变形单元的具体定位，提高了滑坡内部结构破坏状态的识别准确度。

30、3、本发明利用动态渲染模块将高位移异常特征点簇的三维空间坐标利用仿射变换矩阵转换为前端三维渲染引擎识别的三维世界坐标，在数字孪生三维场景中依据透明度参数对滑坡体表层网格材质的阿尔法通道进行混合渲染，依据局部异常因子数值建立热力图渐变映射规则生成颜色材质赋予实例化的三维空间节点模型，通过透明化滑坡表层与叠加内部高亮标识图块的协同渲染，将滑坡内部潜在失稳破坏点的位置在三维视角下进行显示，解决了评估结果显示滞后以及内部破坏状态难以直观观察的问题。