基于北斗卫星定位和AI的灾害变形监测系统及方法与流程

基于北斗卫星定位和ai的灾害变形监测系统及方法
技术领域
1.本发明涉及灾害变形技术领域，具体为基于北斗卫星定位和ai的灾害变形监测系统及方法。


背景技术：

2.北斗卫星定位系统是借助地球同步卫星为用户提供快速定位、简短数字报文通讯和授时服务的一种全天候、区域性的卫星定位系统。“北斗”导航卫星系统是世界上第一个区域性卫星导航系统，可全天候、全天时提供卫星导航信息。其能够提供监控搜救、信息采集、精确授时和导航通信等服务。可广泛应用于船舶运输、公路交通、铁路运输、海上作业、渔业生产、水文测报、森林防火、环境监测等诸多行业。
3.21世纪以来，城市化迅速发展，其带来的好处毋庸置疑，高楼林立的大都市减缓了用地压力，也给更多人提供了发展的机会。但当城市扩张到一定程度时，交通拥堵、房价高企、环境污染等一系列“城市病”接踵而至，其中，地面沉降带来的伤害最为“致命”。与台风、地震、海啸等自然灾害相比，地面沉降来得悄无声息，往往不太引起人们的关注。然而，正是这种不易为人觉察的现象，正日益成为危害人们生命和财产安全的隐患。
4.目前，我国北方城市65%生活用水，50%的工业用水以及33%的农业灌溉主要来源都是地下水。不加节制地开采地下水，让很多城市地面发生了沉降，也使某些地区的最大累计沉降量不断攀升。为了避免以上问题的发生，城市建筑在初期规划和施工时，往往设置大量的孔隙水压力监测点，通过不同周期的反馈，分析地面沉降的变化，在日常情况下，在一次开采中，一般为冬季5-10天一次，夏季3-5天一次，然而由于人类活动的不断进行，目前缺乏在多次开采或者后续开采发生时产生的联动影响的分析手段。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供基于北斗卫星定位和ai的灾害变形监测系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于北斗卫星定位和ai的灾害变形监测方法，该方法包括以下步骤：s1、构建一监测区域，获取区域内开展的人类社会活动，所述人类社会活动包括开采石油、开采地下水、开采固体矿产、开采天然气；s2、在历史数据下，获取发生地面沉降的区域，构建地面沉降与人类社会活动的影响模型；s3、利用北斗卫星定位系统获取监测区域内出现新增人类社会活动的位置，计算新增人类社会活动位置与开展的人类社会活动位置之间的距离；s4、根据历史数据构建孔隙水压力监测周期调节模型，在出现新增人类社会活动时，根据距离以人工智能的方式输出新的孔隙水压力监测周期。
7.根据上述技术方案，构建地面沉降与人类社会活动的影响模型包括：
获取出现地面沉降的区域，以地面沉降区域的中心点为圆心，以系统预设r为半径，构建模型区域，获取模型区域内所有人类社会活动的地理位置，获取任一个人类社会活动的地理位置与地面沉降区域的中心点之间的距离；将每一个距离记为一个元素，利用历史数据构建初始的不同概率分组（例如，选用100组发生地面沉降的区域作为训练数据，发现其中存在距离为小于10km的数据中有95组出现了地面沉降，则定义10km能够造成地面沉降的概率分组为95%），对所有距离进行随机选定分组（随机的主要原因在于，例如上述出现小于10km的组别，然而也必定存在小于10km的其它组别，例如另有一个组别为小于5km，两者之间会出现重叠，初始情况下，为随机分配，后续在通过聚类分析的方式进行调节，以使得分配的结果更加精准），以聚类分析的方式进行迭代，进一步对所有距离实现分组，具体方式如下：其中，代表第i元素到所有分组各元素的平均距离；代表第i元素到组内各元素的平均距离；代表元素i分组的最优度量，取值在，越接近1，表明元素i隶属于当前所在分组的趋势越强。
8.根据上述技术方案，构建孔隙水压力监测周期调节模型包括：构建一监测区域，获取区域内开展的人类社会活动；利用北斗卫星定位系统获取监测区域内出现新增人类社会活动的位置，计算新增人类社会活动位置与开展的人类社会活动位置之间的距离，记为；获取小于等于距离下的所有概率分组，输出概率记入集合；在上述技术方案中，以不同距离为分析点，两处开采过程中，会出现重叠的区域，就会对原有的沉降概率产生较大的影响，采用下述生长模型是因为随着孔隙水压力监测点所在位置的输出概率值增高，孔隙水压力监测周期会逐渐变短，当概率达到一定值时，孔隙水压力监测周期会处于不动的状态，例如正常情况下可能五天采集一次，但是当概率逐渐增加时，可能变成4天、3天采集一次；当概率增加到一定值时，比如说达到了一天采集一次以后，就不需要在进行逐渐的变化，因为一天采集一次已经到达了一种采集的极限，不需要在进行调节了。
9.获取历史数据，构建孔隙水压力监测周期调节模型：其中，代表孔隙水压力监测周期；、、t代表参数值，lnh＜0，t＞1；p代表孔隙水压力监测点所在位置的输出概率值；获取新增人类社会活动后的孔隙水压力监测点所在位置的输出概率为：其中，代表新增人类社会活动后的孔隙水压力监测点所在位置的输出概率；代
表孔隙水压力监测点所在位置与开展的人类社会活动位置的距离为v时的输出概率；代表影响系数；代表孔隙水压力监测点所在位置与新增人类社会活动的位置的距离为时的输出概率。
10.根据上述技术方案，在步骤s4中，还包括：在出现新增人类社会活动时，人工智能系统利用北斗定位获取新增人类社会活动位置与开展的人类社会活动位置之间的距离；获取各孔隙水压力监测点所在位置，智能输出每一孔隙水压力监测点新的孔隙水压力监测周期至管理员端口。
11.基于北斗卫星定位和ai的灾害变形监测系统，该系统包括数据库模块、北斗定位模块、灾害变形分析模块、人工智能输出模块；所述数据库模块用于存储地面沉降下的人类社会活动数据；所述北斗定位模块用于获取监测区域内出现新增人类社会活动的位置，计算新增人类社会活动位置与开展的人类社会活动位置之间的距离；所述灾害变形分析模块用于采集人类社会活动的数据信息，获取历史数据下发生地面沉降的区域，构建地面沉降与人类社会活动的影响模型；所述人工智能输出模块用于根据历史数据构建孔隙水压力监测周期调节模型，在出现新增人类社会活动时，根据距离以人工智能的方式输出新的孔隙水压力监测周期；所述数据库模块的输出端与所述灾害变形分析模块、人工智能输出模块的输入端相连接；所述北斗定位模块的输出端与所述灾害变形分析模块、人工智能输出模块的输入端相连接；所述灾害变形分析模块的输出端与所述人工智能输出模块的输入端相连接。
12.根据上述技术方案，所述人类社会活动数据包括开采石油、开采地下水、开采固体矿产、开采天然气。
13.根据上述技术方案，所述北斗定位模块包括北斗定位单元、计算单元；所述北斗定位单元用于利用北斗定位系统获取监测区域内出现新增人类社会活动的位置；所述计算单元用于计算新增人类社会活动位置与开展的人类社会活动位置之间的距离，输出至灾害变形分析模块；所述北斗定位单元的输出端与所述计算单元的输入端相连接。
14.根据上述技术方案，所述灾害变形分析模块包括模型构建单元、灾害分析单元；所述模型构建单元用于采集人类社会活动的数据信息，获取历史数据下发生地面沉降的区域，构建地面沉降与人类社会活动的影响模型；所述灾害分析单元用于分析人类社会活动对于地面沉降的影响概率；所述模型构建单元的输出端与所述灾害分析单元的输入端相连接。
15.根据上述技术方案，所述人工智能输出模块包括周期调节单元、智能输出单元；所述周期调节单元用于根据历史数据构建孔隙水压力监测周期调节模型；所述智能输出单元在出现新增人类社会活动时，根据距离以人工智能的方式输出新的孔隙水压力监测周期；所述周期调节单元的输出端与所述智能输出单元的输入端相连接。
16.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明能够根据不同的人类活动变化，在面对多处人类社会活动或者新增人类社
会活动时产生的联动影响进行分析，进一步判断每个孔隙水压监测点的周期变化，建设人员可具体根据周期变化的值调节孔隙水压监测点的采集周期，提高工作效率。
附图说明
17.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1是本发明基于北斗卫星定位和ai的灾害变形监测系统及方法的流程示意图。
具体实施方式
18.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。
19.请参阅图1，在本实施例一中：构建地面沉降与人类社会活动的影响模型包括：获取出现地面沉降的区域，以地面沉降区域的中心点为圆心，以系统预设r为半径，构建模型区域，获取模型区域内所有人类社会活动的地理位置，获取任一个人类社会活动的地理位置与地面沉降区域的中心点之间的距离；在本实施例中，以25km、45km、65km、40km、55km为例进行说明；将每一个距离记为一个元素，利用历史数据构建初始的不同概率分组，初始创建分组为（小于30km，50%）、（小于50km，40%）、（小于70km，30%）；对所有距离进行随机选定分组；分组为（小于30km，50%）：25km；（小于50km，40%）：25km、45km、40km；（小于70km，30%）：25km、45km、65km、40km、55km；则会出现当数据为25km时，输出概率数据为50%或40%或30%；因此利用matlab以聚类分析的方式进行迭代，进一步对所有距离实现分组，具体方式如下：其中，代表第i元素到所有分组各元素的平均距离；代表第i元素到组内各元素的平均距离；代表元素i分组的最优度量，取值在，越接近1，表明元素i隶属于当前所在分组的趋势越强。
20.依靠不断的迭代，将数据分入趋势最强的分组内；构建一监测区域，获取区域内开展的人类社会活动；利用北斗卫星定位系统获取监测区域内出现新增人类社会活动的位置，计算新增人类社会活动位置与开展的人类社会活动位置之间的距离，记为；获取小于等于距离下的所有概率分组，输出概率记入集合；获取历史数据，构建孔隙水压力监测周期调节模型：
其中，代表孔隙水压力监测周期；、、t代表参数值，lnh＜0，t＞1；p代表孔隙水压力监测点所在位置的输出概率值；获取新增人类社会活动后的孔隙水压力监测点所在位置的输出概率为：其中，代表新增人类社会活动后的孔隙水压力监测点所在位置的输出概率；代表孔隙水压力监测点所在位置与开展的人类社会活动位置的距离为v时的输出概率；代表影响系数；代表孔隙水压力监测点所在位置与新增人类社会活动的位置的距离为时的输出概率。
21.在出现新增人类社会活动时，人工智能系统利用北斗定位获取新增人类社会活动位置与开展的人类社会活动位置之间的距离；获取各孔隙水压力监测点所在位置，智能输出每一孔隙水压力监测点新的孔隙水压力监测周期至管理员端口。
22.在本实施例二中，提供一种基于北斗卫星定位和ai的灾害变形监测系统，该系统包括数据库模块、北斗定位模块、灾害变形分析模块、人工智能输出模块；所述数据库模块用于存储地面沉降下的人类社会活动数据；所述北斗定位模块用于获取监测区域内出现新增人类社会活动的位置，计算新增人类社会活动位置与开展的人类社会活动位置之间的距离；所述灾害变形分析模块用于采集人类社会活动的数据信息，获取历史数据下发生地面沉降的区域，构建地面沉降与人类社会活动的影响模型；所述人工智能输出模块用于根据历史数据构建孔隙水压力监测周期调节模型，在出现新增人类社会活动时，根据距离以人工智能的方式输出新的孔隙水压力监测周期；所述数据库模块的输出端与所述灾害变形分析模块、人工智能输出模块的输入端相连接；所述北斗定位模块的输出端与所述灾害变形分析模块、人工智能输出模块的输入端相连接；所述灾害变形分析模块的输出端与所述人工智能输出模块的输入端相连接。
23.所述人类社会活动数据包括开采石油、开采地下水、开采固体矿产、开采天然气。
24.所述北斗定位模块包括北斗定位单元、计算单元；所述北斗定位单元用于利用北斗定位系统获取监测区域内出现新增人类社会活动的位置；所述计算单元用于计算新增人类社会活动位置与开展的人类社会活动位置之间的距离，输出至灾害变形分析模块；所述北斗定位单元的输出端与所述计算单元的输入端相连接。
25.所述灾害变形分析模块包括模型构建单元、灾害分析单元；所述模型构建单元用于采集人类社会活动的数据信息，获取历史数据下发生地面沉降的区域，构建地面沉降与人类社会活动的影响模型；所述灾害分析单元用于分析人类社会活动对于地面沉降的影响概率；所述模型构建单元的输出端与所述灾害分析单元的输入端相连接。
26.所述人工智能输出模块包括周期调节单元、智能输出单元；
所述周期调节单元用于根据历史数据构建孔隙水压力监测周期调节模型；所述智能输出单元在出现新增人类社会活动时，根据距离以人工智能的方式输出新的孔隙水压力监测周期；所述周期调节单元的输出端与所述智能输出单元的输入端相连接。
27.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
28.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。