一种泥石流监测预警系统及方法与流程

1.本发明涉及地质灾害监测技术领域，特别是涉及一种泥石流监测预警系统及方法。


背景技术：

2.泥石流是指在山区或者其他沟谷深壑，地形险峻的地区，因为暴雨、暴雪或其他自然灾害引发的山体滑坡并携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流。我国由于地质条件复杂，是泥石流灾害的多发地。泥石流是介于流水与滑坡之间的一种地质作用，典型的泥石流由悬浮着粗大固体碎屑物并富含粉砂及粘土的粘稠泥浆组成。在适当的地形条件下，大量的水体浸透山坡或沟床中的固体堆积物质，使其稳定性降低，饱含水分的固体堆积物质在自身重力作用下发生运动，就形成了泥石流。泥石流一般爆发突然，来势凶猛，可携带巨大的石块，并以高速前进，具有强大的能量，因而其破坏性极大。
3.泥石流的主要危害是冲毁城镇及乡村，造成人畜伤亡，破坏房屋及其他工程设施，破坏农作物、林木及耕地。此外，泥石流有时也会淤塞河道，不但阻断航运，还可能引起水灾。
4.泥石流灾害的发生以及变化，需要通过监测才能较准确地掌握，并且一般发生突然，前兆现象不明显，且多数突发性泥石流灾害活动强烈，所以预测、预报和预防比较困难，常使人猝不及防，造成严重的破坏损失。对于泥石流灾害必须采用更完善的监测技术，为泥石流灾害能够有效的防治提供可靠的依据，解决现有的泥石流灾害监测识别精度低、效率低以及预警响应慢的问题。因此，设计一种泥石流监测预警系统及方法是十分有必要的。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种泥石流监测预警系统及方法，能够实现泥石流灾害的预警，降低了监测预警误判概率，提高了预警准确度，能够及时实现防护和避险，保障了人们的生命财产安全，有效降低了泥石流的危害性。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.一种泥石流监测预警系统，包括：标靶、控制器及与控制器电性连接的摄像头、多要素气象采集模块、山体固定监测装置、加速度传感器、北斗定位模块、gprs模块，所述标靶及山体固定监测装置固定设置在监测区域的泥石流沟道内，所述摄像头正对所述标靶设置，所述山体固定监测装置用于对泥石流沟道的局部坡面进行稳固及监测泥石流信息，所述加速度传感器有多个，分别镶嵌设置在泥石流沟道的漂石内，用于监测漂石的移动加速度，所述摄像头、控制器、多要素气象采集模块、北斗定位模块及gprs模块设置在居民点或空阔稳定的基岩上，所述多要素气象采集模块用于采集监测区域的气象信息，所述控制器通过所述gprs模块通信连接后台服务器，用于将获得的信息传输给所述后台服务器。
8.可选的，所述控制器连接有数据存储器，用于存贮获得的信息。
9.可选的，所述山体固定监测包括预应力筋用锚索、山体定位监测杆、混凝土构件、
水位传感器及水流压力传感器，所述预应力筋用锚索、山体定位监测杆及混凝土构件对应设置有多个，所述混凝土构件预埋在泥石流沟道内，所述预应力筋锚索固定设置在所述山体定位监测杆的底部，所述山体定位监测杆通过所述预应力筋锚索固定设置在所述混凝土构件上，用于稳固泥石流沟道的局部坡面，所述水位传感器及水流压力传感器设置在所述山体定位监测杆的杆体外侧，用于监测泥石流的水位及水流压力，所述水位传感器及水流压力传感器电性连接所述控制器。
10.可选的，所述多要素气象采集模块包括雨量计、风速传感器、风向感应器、气温采集模块、气压采集模块及湿度采集模块，用于采集监测区域的气象信息。
11.可选的，所述泥石流监测预警系统还包括第一供电装置及第二供电装置，所述第一供电装置设置在所述控制器的一侧，包括第一太阳能电池板及第一蓄电池，所述第一太阳能电池板连接所述第一蓄电池，所述第一蓄电池连接所述摄像头、控制器、多要素气象采集模块、北斗定位模块及gprs模块，用于供电，所述第二供电装置有多个，所述第二供电装置的数量与所述山体定位监测杆的数量相对应，所述第二供电装置包括第二太阳能电池板及第二蓄电池，所述第二太阳能电池板设置在所述山体定位监测杆的顶部，所述第二蓄电池设置在所述山体定位监测杆的内部，所述第二太阳能电池板连接所述第二蓄电池，所述第二蓄电池连接所述所述水位传感器及水流压力传感器，用于供电。
12.一种泥石流监测预警方法，应用于所述泥石流监测预警系统，包括如下步骤：
13.步骤1：获取地域历史地质、气象和水文数据，结合历史地质、气象和水文数据，选取泥石流灾害重点易发区或隐患区作为监测区域；
14.步骤2：在监测区域内设置北斗定位模块，使用北斗定位模块通过北斗卫星导航系统获取具体位置信息，根据具体位置信息运用mapgis制图软件获得当前监测区域的地貌情况；
15.步骤3：在监测区域内选取居民点或者视野开阔的稳定基岩上设置多要素气象采集模块，实时获取当前监测区域的气象条件；
16.步骤4：在监测区域的泥石流沟道内设置标靶，并在标靶正对的稳定基岩上设置摄像头，通过摄像头采集标靶的图像，根据标靶的图像获取标靶的移动程度，在泥石流沟道的漂石内镶嵌设置加速度传感器，并采集加速度传感器的数据，在监测区域的泥石流沟道内设置山体固定监测装置，并采集山体固定监测装置的水位传感器及水流压力传感器的数据；
17.步骤5：通过地貌情况、气象条件、标靶的移动程度、传感器的数据判断是否发生泥石流。
18.可选的，步骤4中，通过摄像头采集标靶的图像，根据标靶的图像获取标靶的移动程度，具体为：
19.s1：将标靶固定设置在泥石流沟道中，将摄像头固定设置在正对所述标靶的开阔平稳的基岩上；
20.s2：通过摄像头拍摄标靶的初始位置图像，并将图像传输至控制器，控制器对图像进行二值化处理，处理完毕后通过重心法计算得到标靶的初始重心位置坐标；
21.s3：每隔固定时间，通过摄像头拍摄一次标靶，获得标靶图像，重复s2中的图像处理步骤，得到标靶重心位置坐标；
22.s4：通过对比标靶中心位置坐标与标靶初始重心位置坐标得到标靶的移动程度。
23.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的泥石流监测预警系统及方法，能够实现泥石流的监测预警，降低了监测预警误判概率，提高了预警准确度，能够及时实现防护和避险，保障了人们的生命财产安全，有效降低了泥石流的危害性；该系统设置有多要素气象采集模块，能够实时采集监测区域的雨量、风速、风险、气温、气压及湿度，当这些气象条件的数据值达到阈值时，该系统可通过后台服务器通知监控人员注意，提前进行预防准备；设置有标靶、摄像头及镶嵌在漂石内的加速度传感器，通过摄像头及标靶相配合，得到标靶的移动程度，控制器实时采集加速度传感器的数据，通过标靶的移动程度及加速度传感器的数据判断是否发生泥石流灾害，提高了泥石流监测的精度，降低了误判的概率；设置有山体固定监测装置，包括预应力筋用锚索、山体定位监测杆、混凝土构件、水位传感器及水流压力传感器，其中山体定位监测杆通过预应力筋用锚索及混凝土构件固定设置在泥石流沟道内部，起到稳固泥石流沟道的局部坡面的作用，山体定位监测杆的杆体上设置有水位传感器及水流压力传感器，能够监测泥石流的水位及水流压力，判断泥石流的规模程度；设置有北斗定位模块及gprs模块，通过北斗定位模块可以获得监测的位置及监测的地貌图，便于泥石流灾害过后的救援行动，通过gprs模块可以将控制器信息传输给后台服务器，便于监控人员提前做好预防准备；控制器连接有数据存储器，用于存贮获得的信息；所述部件的供电均采用太阳能供电，采用蓄电池作为备用电源，节约能源；该方法通过利用该系统实现了泥石流的监测预警，能够及时实现防护和避险，保障了人们的生命财产安全，有效降低了泥石流的危害性。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明实施例泥石流监测预警系统电气连接示意图；
26.图2为本发明实施例泥石流监测预警方法流程示意图；
27.图3为标靶及山体定位监测杆安装结构示意图；
28.图4为山体定位监测杆结构示意图。
29.附图标记：1、水流压力传感器；2、多要素气象采集模块；3、摄像头；4、加速度传感器；5、水位传感器；6、控制器；7、北斗定位模块；8、gprs模块；9、数据存储器；10、后台服务器；11、标靶；12、山体定位监测杆；13、第二太阳能电池板；14、预应力筋用锚索。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.本发明的目的是提供一种泥石流监测预警系统及方法，能够实现泥石流灾害的预
警，降低了监测预警误判概率，提高了预警准确度，能够及时实现防护和避险，保障了人们的生命财产安全，有效降低了泥石流的危害性。
32.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
33.如图1所示，本发明实施例提供的泥石流监测预警系统，包括：标靶11、控制器6及与控制器6电性连接的摄像头3、多要素气象采集模块2、山体固定监测装置、加速度传感器4、北斗定位模块7、gprs模块8，所述标靶11及山体固定监测装置固定设置在监测区域的泥石流沟道内，所述摄像头3正对所述标靶11设置，所述山体固定监测装置用于对泥石流沟道的局部坡面进行稳固及监测泥石流信息，所述加速度传感器4有多个，分别镶嵌设置在泥石流沟道的漂石内，用于监测漂石的移动加速度，所述摄像头3、控制器6、多要素气象采集模块2、北斗定位模块7及gprs模块8设置在居民点或空阔稳定的基岩上，所述多要素气象采集模块2用于采集监测区域的气象信息，所述控制器6通过所述gprs模块8通信连接后台服务器10，用于将获得的信息传输给所述后台服务器10。
34.所述控制器6连接有数据存储器9，用于存贮获得的信息。
35.如图3及图4所示，所述山体固定监测装置包括预应力筋用锚索14、山体定位监测杆12、混凝土构件、水位传感器5及水流压力传感器1，所述预应力筋用锚索14、山体定位监测杆12及混凝土构件对应设置有多个，所述混凝土构件预埋在泥石流沟道内，所述预应力筋锚索14固定设置在所述山体定位监测杆12的底部，所述山体定位监测杆12通过所述预应力筋锚索14固定设置在所述混凝土构件上，用于稳固泥石流沟道的局部坡面，所述水位传感器5及水流压力传感器1设置在所述山体定位监测杆12的杆体外侧，用于监测泥石流的水位及水流压力，所述水位传感器5及水流压力传感器1电性连接所述控制器6。
36.所述多要素气象采集模块2包括雨量计、风速传感器、风向感应器、气温采集模块、气压采集模块及湿度采集模块，用于采集监测区域的气象信息。
37.所述泥石流监测预警系统还包括第一供电装置及第二供电装置，所述第一供电装置设置在所述控制器6的一侧，包括第一太阳能电池板及第一蓄电池，所述第一太阳能电池板连接所述第一蓄电池，所述第一蓄电池连接所述摄像头3、控制器6、多要素气象采集模块2、北斗定位模块7及gprs模块8，用于供电，所述第二供电装置有多个，所述第二供电装置的数量与所述山体定位监测杆12的数量相对应，所述第二供电装置包括第二太阳能电池板13及第二蓄电池，所述第二太阳能电池板13设置在所述山体定位监测杆12的顶部，所述第二蓄电池设置在所述山体定位监测杆12的内部，所述第二太阳能电池板13连接所述第二蓄电池，所述第二蓄电池连接所述所述水位传感器5及水流压力传感器1，用于供电。
38.所述加速度传感器4与所述控制器6之间采用无线通信，利用lora自组网通讯模块或蓝牙模块进行通信，所述水位传感器5和水流压力传感器1与所述控制器6之间，即可采用有线通信，也可采用无线通信，根据当地的地貌情况决定，可利用lora自组网通讯模块或蓝牙模块实现无线通信，所述摄像头3、控制器6、多要素气象采集模块2、北斗定位模块7及gprs模块8设置在居民点，若必须设置在无居民点的地区，选择空阔稳定的基岩，在基岩上设置有水泥柱或其他支撑部件，将所述摄像头3、控制器6、多要素气象采集模块2、北斗定位模块7及gprs模块8设置在水泥柱或支撑部件上，所述摄像头3、多要素气象采集模块2、北斗定位模块7及gprs模块8与所述控制器6之间可采用无线连接，也可采用有线连接。
39.一种泥石流监测预警方法，应用于所述泥石流监测预警系统，如图2所示，包括如下步骤：
40.步骤1：获取地域历史地质、气象和水文数据，结合历史地质、气象和水文数据，选取泥石流灾害重点易发区或隐患区作为监测区域；
41.步骤2：在监测区域内设置北斗定位模块，使用北斗定位模块通过北斗卫星导航系统获取具体位置信息，根据具体位置信息运用mapgis制图软件获得当前监测区域的地貌情况；
42.步骤3：在监测区域内选取居民点或者视野开阔的稳定基岩上设置多要素气象采集模块，实时获取当前监测区域的气象条件；
43.步骤4：在监测区域的泥石流沟道内设置标靶，并在标靶正对的稳定基岩上设置摄像头，通过摄像头采集标靶的图像，根据标靶的图像获取标靶的移动程度，在泥石流沟道的漂石内镶嵌设置加速度传感器，并采集加速度传感器的数据，在监测区域的泥石流沟道内设置山体固定监测装置，并采集山体固定监测装置的水位传感器及水流压力传感器的数据；
44.步骤5：通过地貌情况、气象条件、标靶的移动程度、传感器的数据判断是否发生泥石流。
45.步骤4中，通过摄像头采集标靶的图像，根据标靶的图像获取标靶的移动程度，具体为：
46.s1：将标靶固定设置在泥石流沟道中，将摄像头固定设置在正对所述标靶的开阔平稳的基岩上；
47.s2：通过摄像头拍摄标靶的初始位置图像，并将图像传输至控制器，控制器对图像进行二值化处理，处理完毕后通过重心法计算得到标靶的初始重心位置坐标；
48.s3：每隔固定时间，通过摄像头拍摄一次标靶，获得标靶图像，重复s2中的图像处理步骤，得到标靶重心位置坐标；
49.s4：通过对比标靶中心位置坐标与标靶初始重心位置坐标得到标靶的移动程度。
50.通过地貌情况、气象条件确定是否符合发生泥石流的条件，若符合，控制器将信息传输给后台服务器，提醒监控人员注意，通过标靶的移动程度及加速度传感器的数据判断是否发生泥石流，若计算得到的移动程度值或加速度数据值中有一个超过设定阈值，则控制器将信息传输给后台服务器，提醒监控人员注意，通过加速度数据值、水位传感器数据值及水流压力传感器数据值可以判断泥石流的规模程度，进而做好相应的应对措施。
51.本发明提供的泥石流监测预警系统及方法，能够实现泥石流的监测预警，降低了监测预警误判概率，提高了预警准确度，能够及时实现防护和避险，保障了人们的生命财产安全，有效降低了泥石流的危害性；该系统设置有多要素气象采集模块，能够实时采集监测区域的雨量、风速、风险、气温、气压及湿度，当这些气象条件的数据值达到阈值时，该系统可通过后台服务器通知监控人员注意，提前进行预防准备；设置有标靶、摄像头及镶嵌在漂石内的加速度传感器，通过摄像头及标靶相配合，得到标靶的移动程度，控制器实时采集加速度传感器的数据，通过标靶的移动程度及加速度传感器的数据判断是否发生泥石流灾害，提高了泥石流监测的精度，降低了误判的概率；设置有山体固定监测装置，包括预应力筋用锚索、山体定位监测杆、混凝土构件、水位传感器及水流压力传感器，其中山体定位监
测杆通过预应力筋用锚索及混凝土构件固定设置在泥石流沟道内部，起到稳固泥石流沟道的局部坡面的作用，山体定位监测杆的杆体上设置有水位传感器及水流压力传感器，能够监测泥石流的水位及水流压力，判断泥石流的规模程度；设置有北斗定位模块及gprs模块，通过北斗定位模块可以获得监测的位置及监测的地貌图，便于泥石流灾害过后的救援行动，通过gprs模块可以将控制器信息传输给后台服务器，便于监控人员提前做好预防准备；控制器连接有数据存储器，用于存贮获得的信息；所述部件的供电均采用太阳能供电，采用蓄电池作为备用电源，节约能源；该方法通过利用该系统实现了泥石流的监测预警，能够及时实现防护和避险，保障了人们的生命财产安全，有效降低了泥石流的危害性。
52.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。