一种露天矿高陡边坡分区动态预警方法与流程

本发明涉及露天矿边坡安全监测与灾害预警，尤其涉及一种露天矿高陡边坡分区动态预警方法。

背景技术：

1、露天矿高陡边坡通常由多个台阶和坡段组成，各空间单元在岩性、结构面组合、潜在滑面、开挖扰动、汇水条件和支护状态方面存在差异。现有边坡监测系统通常采集位移、位移速率、位移加速度、孔隙水压力或水位、降雨、振动、裂缝、落石及支护受力数据，并依据预先设定的阈值进行预警。

2、采用面向全边坡的统一位移量、位移速率或加速度阈值时，不同台阶和坡段的背景差异难以得到表达；随着采场推进、季节和含水工况改变以及监测基线漂移，固定阈值与实际背景之间的偏差还会持续累积。爆破、降雨及处置施工引起的事件响应若直接写入背景样本，会抬高或扭曲后续阈值，而设备异常和短时波动又可能引起频繁误报。

3、此外，局部异常向相邻分区扩展时，仅比较各分区是否独立越过阈值，难以区分具有结构、水力、卸荷或支护传递依据的传播过程与时间上偶然重合的异常，导致局部破坏向整体失稳发展阶段的联动识别不足。

4、因此，需要一种能够解决上述现有技术不足的露天矿高陡边坡分区动态预警方法。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提出一种露天矿高陡边坡分区动态预警方法，针对现有技术采用统一或固定阈值难以反映分区背景差异、事件数据污染稳定背景以及局部异常传播缺少物理约束的问题，提出了版本化预警分区与有向分区图、实时风险通道与稳定学习通道隔离、稳定样本背景更新、全矿误报预算约束下的分级动态阈值以及跨区传播门控相结合的技术方案。本发明将监测量依次转换为事件标签、背景版本、实时残差量、指标不一致量、分级动态阈值和跨区传播证据，并通过阈值冻结、限幅、回滚与迟滞判级维持输出稳定，具备适应分区差异及背景变化、抑制事件扰动误报并识别局部异常扩展的技术效果。

2、本发明提供了一种露天矿高陡边坡分区动态预警方法，包括：

3、s1、获取露天矿边坡的工程地质数据、水文数据和开采状态数据，划分预警分区，并基于分区之间的物理影响关系构建具有边方向和允许时滞的有向分区图；

4、s2、获取各预警分区的监测数据和事件信息，识别事件及其恢复期，将所述监测数据隔离为实时风险数据和稳定学习候选数据；

5、s3、筛选所述稳定学习候选数据以更新分区稳定样本池和分区背景量，计算实时风险数据相对所述分区背景量的实时残差量，基于稳定样本相对所述分区背景量的偏差和所述实时残差量分别生成稳定样本指标不一致量和实时指标不一致量；

6、s4、根据所述稳定样本指标不一致量的分布，在全矿误报预算约束下生成并更新各预警分区的分级动态阈值；

7、s5、将所述实时指标不一致量与所述分级动态阈值进行比较以确定局部预警等级；在源预警分区异常持续、传播方向与所述有向分区图的边方向一致、目标预警分区在所述允许时滞内出现同向变形实时残差量且经不同物理类型的监测指标互证时，形成跨区传播证据并生成分区联动预警。

8、可选的，s1包括：以台阶边界和坡段边界形成初始空间单元，根据岩性与结构面组合、潜在滑面、开挖时序、汇水关系及支护连续性对所述初始空间单元进行合并或拆分，得到预警分区；

9、在开挖轮廓、支护状态或汇水关系发生改变时生成新的分区版本标识，并保存新旧预警分区之间的空间对应关系；

10、分别以结构贯通关系、水力联系、卸荷传递关系和支护薄弱连续关系作为边类型，根据作用传递方向确定边方向，并根据对应作用由源预警分区传递至目标预警分区的历史响应时差确定允许时滞。

11、可选的，s2包括：采集位移、位移速率、位移加速度、孔隙水压力或水位、降雨量、振动量、裂缝变化量或落石计数、支护受力以及作业日志；

12、将各项数据变换至统一时间基准，对缺测、越量程、时间戳跳变、零值持续和传感器漂移进行健康校验；

13、根据作业日志中的爆破时刻、处置施工时段以及由降雨历时和降雨量确定的降雨事件阈值识别事件起点，并以事件后监测量回到事件前背景分布的预设分位区间且连续保持预设时长的时刻确定恢复期终点，生成所述事件标签；

14、进一步的，所述实时风险数据包括全部当前通过健康校验的数据；

15、所述稳定学习候选数据从非事件发生时段、非恢复期且通过健康校验的数据中选取，使非事件发生时段的健康数据同时用于当前异常判断和稳定学习筛选；

16、事件发生时段和恢复期内通过健康校验的数据仅作为实时风险数据，并用于根据所述实时风险数据与对应分区背景量的差值确定当前实时残差量，且禁止写入所述稳定样本池；

17、对未通过健康校验的监测设备所对应的指标停止背景更新并保留设备异常标志。

18、可选的，s3包括：针对预警分区、季节、开挖阶段和含水工况的组合建立样本池索引；

19、将不具有事件标签、对应监测设备通过健康校验、各变形指标在稳定窗口内的趋势变化量不超过由历史稳定样本分位数确定的变形稳定边界，并且至少一种水文指标或支护受力指标通过健康校验且其变化量位于由各自历史稳定样本分位数确定的异类指标稳定边界内的数据，确定为满足稳定条件并通过异类指标互证的样本；

20、根据所述样本的时间加权统计量更新分区背景量，并保存更新时间、样本池索引、样本范围和校验结果以形成背景版本；

21、进一步的，所述实时残差量为实时风险数据与对应分区背景量之差；

22、分别根据各指标的历史稳定样本分布对实时残差量和稳定样本相对分区背景量的偏差进行尺度归一化，按照各指标的健康状态和异类指标互证结果确定指标权重，并采用相同的指标权重和聚合规则分别对归一化后的实时残差量及稳定样本偏差进行加权聚合，得到实时指标不一致量和稳定样本指标不一致量；

23、当背景版本更新后在历史稳定样本重放检查中的误报次数超过由未污染背景版本的历史重放结果确定的误报基准，或者写入样本中事后检出事件标签的数据比例超过由历史未污染背景版本确定的污染判据时，将该背景版本标记为污染版本并回滚至最近一个未标记为污染版本的历史背景版本。

24、可选的，s4包括：根据各预警分区的静态风险评分、保护对象重要度以及上一阈值统计周期形成、沿所述有向分区图中指向该预警分区的边传播且在当前允许时滞内仍有效的跨区传播证据的数量和对应边类型确定预算分配权重，按照所述预算分配权重将全矿误报预算分配为各预警分区的误报预算份额；

25、以所述稳定样本指标不一致量作为校准数据，根据各误报预算份额对应的经验分位数生成各预警分区的分级动态阈值；

26、根据在线统计周期内实际误报比例与误报预算份额之差确定在线覆盖误差，并以所述在线覆盖误差修正下一阈值统计周期的经验分位数位置；

27、进一步的，当任一预警分区的有效监测指标数量小于该预警分区配置的最少指标数量，或者根据监测设备状态判定的异常连续存在至预设设备核验时长时，冻结该预警分区最近一次通过校验的分级动态阈值；

28、当修正后的分级动态阈值相对上一阈值的变化量超过由历史稳定阈值变化分布确定的单周期变化上限时，按照所述单周期变化上限对阈值变化量进行限幅；

29、当在线覆盖误差连续两个统计周期增大时，回滚至最近一个在线覆盖误差未增大的阈值版本。

30、可选的，s5包括：当实时指标不一致量越过对应等级的分级动态阈值并连续保持由该预警分区历史事件响应持续时间分位数确定的确认时长，且变形指标与水文指标、支护受力指标、裂缝变化量或落石计数中的至少一种指标具有共同指向失稳发展的变化方向时，确定对应局部预警等级；

31、仅沿所述有向分区图中由源预警分区指向目标预警分区的边进行传播判断，将源预警分区越过分级动态阈值的时刻作为允许时滞起点，根据空间结构数据中的潜在滑面几何信息确定目标预警分区的潜在滑移方向，并以所述实时残差量中沿所述潜在滑移方向的位移残差分量与至少一种所述异类指标的互证结果确定跨区传播证据及其传播置信分值；

32、进一步的，采用预设联动升级等级、传播升级阈值、局部解除阈值和传播解除阈值对分区联动预警等级实施迟滞控制，所述局部解除阈值由当前局部预警等级对应的分级动态阈值减去局部迟滞幅度得到，所述传播解除阈值由传播升级阈值减去传播迟滞幅度得到；

33、当局部预警等级达到所述预设联动升级等级且传播置信分值达到所述传播升级阈值时提升分区联动预警等级，当实时指标不一致量未达到局部解除阈值、传播置信分值未达到传播解除阈值且跨区传播证据在对应允许时滞结束后连续缺失预设解除时长时下调或解除分区联动预警等级；

34、所述分区联动预警记录包括起始预警分区、分区版本标识、传播路径、边类型、触发指标、传播置信分值、预警起止时间和处置范围；

35、将跨区传播证据形成阈值灵敏度修正量并在下一阈值统计周期修正对应预警分区的预算分配权重，禁止将所述跨区传播证据写入稳定样本池。

36、本发明的有益效果是：

37、1、通过将事件发生时段和恢复期数据保留在实时风险通道而排除于稳定学习通道之外，并仅利用满足稳定条件且通过异类指标互证的样本更新版本化背景，可减少爆破、降雨、处置施工和设备异常对背景基线的污染。

38、2、通过以稳定样本的指标不一致量作为校准数据，在全矿误报预算约束下按分区静态风险、重要度及有效入边传播证据生成分级动态阈值，并结合覆盖误差修正、设备异常冻结、阈值变化限幅和版本回滚，可使阈值随分区工况和背景状态更新。

39、3、通过在结构、水力、卸荷和支护四类有向边上校验源分区持续异常、边方向和允许时滞、目标分区同向变形残差及异类指标互证，并采用升级阈值和解除阈值实施迟滞判级，可抑制偶然同步异常和等级抖动，同时形成可追溯的传播路径与处置范围。