一种河道滑坡形变识别实现灾害预警的方法与系统与流程

技术特征：
1.一种河道滑坡形变识别实现灾害预警的方法，其特征在于，所述方法包括：在监测点设置阵列传感器，阵列传感器内部由姿态监测模块、阻抗监测模块、通讯模块和供电模块组成，姿态监测模块采集坐标数据、位移数据和角度数据，阻抗监测模块采集电缆阻抗数据；将所述姿态监测模块采集的坐标数据进行变换处理，获得所述阵列传感器离散点的坐标数据，并将数据进行dtu外部传输；将所述阵列传感器离散点的坐标数据进行插值曲面拟合，结合所述角度数据，建立滑坡监测区域的三维模型；输入所述阵列传感器离散点的坐标数据和所述位移数据，利用支持向量机原理将所述滑坡监测区域三维模型划分为滑坡区域和非滑坡区域，结合该三维模型整体判断滑坡位置；输入所述阵列传感器离散点的坐标数据和所述位移数据，采用灰色verhulst模型预测滑坡区域监测点位移，输出下一时刻滑坡位移量，结合所述滑坡监测区域三维模型，实现对整体滑坡监测和预警。2.如权利要求1所述的一种河道滑坡形变识别实现灾害预警的方法，其特征在于，所述在监测点设置阵列传感器，阵列传感器内部由姿态监测模块、阻抗监测模块、通讯模块和供电模块组成，姿态监测模块采集坐标数据、位移数据和角度数据，阻抗监测模块采集电缆阻抗数据，具体为：监测点设置在靠近滑坡监测剖面，应控制在5m范围内，在滑坡体外稳定的岩层或土层上选取基准点，为监测点提供基准信息；每个监测点的阵列传感器内部由模块组成，姿态监测模块采集位移数据、坐标数据和角度数据，角度数据对监测点的位姿信息进行确定，帮助建立整个监测区域的三维模型，并监测所在区域的坡度信息；阻抗监测模块采集电缆阻抗数据，当监测线缆发生断裂或形变时，应力作用导致其阻抗信息发生变化，此时姿态监测模块开始记录对应数据；通讯模块内部数据传输采用can通讯方式，供电模块采用太阳能供电方式。3.如权利要求1所述的一种河道滑坡形变识别实现灾害预警的方法，其特征在于，将所述姿态监测模块采集的坐标数据进行变换处理，获得所述阵列传感器离散点的坐标数据，并将数据进行dtu外部传输，具体为：将一个所述监测点作为三维坐标的原点，通过点平移的齐次变换和旋转齐次变换方式确定其余每个所述监测点的坐标，获得所有监测点阵列传感器离散点的坐标数据；所述阵列传感器通常设置在野外河道滑坡区域，采用dtu外部传输和所述can内部传输结合，保证传输稳定性；dtu通过socket方式进行数据之间的传输，需要客户端和服务端，将dtu作为客户端，数据中心作为服务端，dtu之间的传输需要gprs网络，将云端作为数据中心建立关系以完成dtu之间的无线透传；选择gprsdtu的tcp client协议模式，可四路连接，在此协议下支持长连接和短连接，长连接在完成数据传输后不断开，若没有数据传输则使用心跳包维持连接，短连接在数据传输时先建立一个连接，数据传输完成便断开。
4.如权利要求1所述的一种河道滑坡形变识别实现灾害预警的方法，其特征在于，将所述阵列传感器离散点的坐标数据进行插值曲面拟合，结合所述角度数据，建立滑坡监测区域的三维模型，具体为：输入所述阵列传感器离散点的坐标数据，根据一定的次序连成曲线，采用三次样条插值法进行曲面拟合；根据样条函数对定区间[a,b]分段，使用光滑曲线实现分段多项式，δ：a＝x0＜x1＜...＜x
n
‑1＜x
n
＝b上的值y
i
＝f(x
i
)(i＝0,1,...,n)求插值函数s(x)，满足(1)s(x
i
)＝y
i
(i＝0,...n)，(2)在每一个区间[x
i
,x
i 1
](i＝0,...n)上s(x)是三次多项式，记s
i
＝(x)，(3)s(x)在[a,b]上二阶可微，函数s(x)称为f(x)的三次样条插值函数；由条件(2)，可记s(x)＝{s
i
(x),x∈[x
i
,x
i 1
],i＝0,1,...,n
‑
1}，s
i
(x)＝a
i
x3 b
i
x2 c
i
x d
i
，其中：a
i
,b
i
,c
i
,d
i
为待定系数，共4n个；由条件(3)，可记，采用上述三次样条插值的方式可将所述阵列传感器离散点的坐标曲面拟合，结合所述角度数据修正，完成滑坡监测区域三维模型的建立。5.如权利要求1所述的一种河道滑坡形变识别实现灾害预警的方法，其特征在于，所述输入所述阵列传感器离散点的坐标数据和所述位移数据，利用支持向量机原理将所述滑坡监测区域三维模型划分为滑坡区域和非滑坡区域，结合该三维模型整体判断滑坡位置，具体为：输入所述阵列传感器离散点的坐标数据和所述位移数据，判断较大位移的监测点，将位移超过危险阈值的监测点设为原点，物体移动速度的衡量尺度在不同地质滑坡临滑变形速率不相同，一般粘土边坡的临界变形速率为0.1mm/d，岩质边坡一般为10mm/d、14.4mm/d或24mm/d；采用支持向量机原理，d＝{(x1,y1),(x2,y2),...,(x
m
,y
m
)}，d为监测区域，(x
i
,y
i
)是监测点传感器离散点的坐标数据；通过在数据空间中找到对应的划分超平面，可由线性方程公式ω
t
x b＝0表示，其中ω＝(ω1；ω2；...；ω
d
)是法向量，决定超平面的方向，b是偏移，决定超平面与原点的间距，记为(ω,b)，空间中一点x到超平面(ω,b)的距离为：假设超平面(ω,b)能正确分类，对于任意一个监测点(x
i
,y
i
)∈d，如果y
i
＝ 1，有ω
t
x b＞0，如果y
i
＝
‑
1，有ω
t
x b＜0，令：距离超平面最近的几个点使得上式成立，称为“支持向量”，两个异类支持向量到超平
面的距离之和为：该式称为“间隔”，计算获得最大的间隔来划分超平面，进而划分出滑坡区域和非滑坡区域，结合所述滑坡监测区域三维模型整体判断滑坡位置。6.如权利要求1所述的一种河道滑坡形变识别实现灾害预警的方法，其特征在于，所述输入所述阵列传感器离散点的坐标数据和所述位移数据，采用灰色verhulst模型预测滑坡区域监测点位移，输出下一时刻滑坡位移量，结合所述滑坡监测区域三维模型，实现对整体滑坡监测和预警，具体为：输入所述阵列传感器离散点的坐标数据和所述位移数据，获得需要预测的监测点的阵列传感器的一段时间的位移量数据序列；verhulst非线性微分动态位移预报模型公式如下，t0为初始时刻取零，a,b为待定系数，x
(0)
(t):x
(0)
(t)＝{x
(0)
(1),x
(0)
(2),...,x
(0)
(n)}为输入的监测点位移量数据序列；做一次ago变换后可得x
(1)
(t)，x
(1)
(t)＝{x
(1)
(1),x
(1)
(2),...,x
(1)
(n)}，将a/2b代替可得滑坡破坏时刻t：根据上述输出数据t、可以描绘出监测点下一时刻的预测位移
‑
时间图；监测点灰色verhulst模型的精度判定公式：其中s1是输入的监测点位移量数据离差，s2是残差的离差，其中c为后验比，p为最小误差，当p≥0.95，c≤0.35时，模型可靠，精度判定合格，此时可根据模型进行预测；输出的监测点下一时刻的预测位移，结合所述滑坡监测区域三维模型，实现对整体滑坡监测和预警。7.一种河道滑坡形变识别实现灾害预警系统，其特征在于，所述系统包括：硬件设置单元，在监测点设置阵列传感器，阵列传感器内部由姿态监测模块、阻抗监测模块、通讯模块和供电模块组成，将采集的坐标数据进行变换处理，并将数据进行dtu外部传输；模型构建单元，将阵列传感器离散点的坐标数据进行插值曲面拟合，结合所述角度数据，建立滑坡监测区域的三维模型，并划分为滑坡区域和非滑坡区域，结合该三维模型整体判断滑坡位置；监测预警单元，采用灰色verhulst模型预测滑坡区域监测点位移，输出下一时刻滑坡
位移量，结合所述滑坡监测区域三维模型，实现对整体滑坡监测和预警。8.如权利要求7所述的一种河道滑坡形变识别实现灾害预警系统，其特征在于，所述硬件设置单元，监测点设置在靠近滑坡监测剖面，应控制在5m范围内，在滑坡体外稳定的岩层或土层上选取基准点，为监测点提供基准信息，每个监测点的阵列传感器内部由模块组成，姿态监测模块采集位移数据、坐标数据和角度数据，角度数据对监测点的位姿信息进行确定，帮助建立整个监测区域的三维模型，并监测所在区域的坡度信息，阻抗监测模块采集电缆阻抗数据，当监测线缆发生断裂或形变时，应力作用导致其阻抗信息发生变化，此时姿态监测模块开始记录对应数据，通讯模块内部数据传输采用can通讯方式，供电模块采用太阳能供电方式，所述阵列传感器通常设置在野外河道滑坡区域，采用dtu外部传输和所述can内部传输结合，保证传输稳定性。9.如权利要求7所述的一种河道滑坡形变识别实现灾害预警系统，其特征在于，所述模型构建单元，将阵列传感器离散点的坐标数据进行插值曲面拟合，采用三次样条插值法，结合所述角度数据，建立滑坡监测区域的三维模型，利用支持向量机原理将滑坡监测区域三维模型划分为滑坡区域和非滑坡区域，结合该三维模型整体判断滑坡位置。10.如权利要求7所述的一种河道滑坡形变识别实现灾害预警系统，其特征在于，所述监测预警单元，输入所述阵列传感器离散点的坐标数据和所述位移数据，获得需要预测的监测点的阵列传感器的一段时间的位移量数据序列，采用灰色verhulst模型预测滑坡区域监测点位移，输出下一时刻滑坡位移量，结合滑坡监测区域三维模型整体实现滑坡监测和预警。11.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种河道滑坡形变识别实现灾害预警的方法与系统。包括：硬件设置部分，在监测点设置阵列传感器，传感器内部由模块组成，姿态监测模块采集坐标、位移和角度数据，数据采用DTU外部传输，使用太阳能供电方案；模型构建部分，利用采集的数据坐标变换后曲面拟合，结合角度数据搭建滑坡区域的三维模型，并划分滑坡区域和非滑坡区域；监测预警部分，采用灰色Verhulst模型预测滑坡区域监测点位移，结合三维模型，实现对滑坡区域的预警和监测。本发明实现低功耗和可靠性的同时降低设备运行成本，三维模型划分滑坡和非滑坡区域，直观把握滑坡体的实时情况，灰色Verhulst模型能够预测下一时刻的滑坡趋势，达到监测和预警相结合的效果。合的效果。合的效果。


技术研发人员：林格 全绍军
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：2021.07.15
技术公布日：2021/10/28