堤坝地质异常实时监测方法及系统与流程

1.本发明涉及堤坝监测技术领域，具体涉及一种堤坝地质异常实时监测方法及系统。


背景技术：

2.堤坝作为水利工程的重要组成部分，它们为人类生产及国民经济发展做出了极其重要的贡献；随着堤坝运行时日的增长，以及受施工质量，不良地质结构等因素的影响，堤坝在各方面的隐患的日益加剧，由堤坝渗漏引发的灾害性事故屡见不鲜。
3.为了保障堤坝的正常安全使用，需要对堤坝进行安全监测。现有的对于堤坝进行安全监测的方式主要是人工监测，监测周期较长，从一周到二周不等，且人工监测的监测范围有限，无法针对堤坝的内部结构情况进行有效的监测，如地壳变化，地质沉降，鼠洞、蚁穴等，故仅仅依靠人工监测难以取得较好的监测效果。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是提供一种堤坝地质异常实时监测方法及系统，旨在解决对堤坝的安全进行人工监测时，监测周期较长，且监测范围有限的问题。
5.本发明提出的技术方案为：
6.一种堤坝地质异常实时监测方法，应用于堤坝地质异常实时监测系统；所述系统包括地质异常监测模块、地质异常监测主机、监控终端和服务器；所述地质异常监测模块与地质异常监测主机通信连接；所述地质异常监测主机和所述监控终端均与所述服务器通信连接；所述地质异常监测模块包括多个探测电极；所述方法，包括：
7.获取待监测堤坝的探测区域；
8.确定待测区域的探测点，其中，所述探测点和所述探测电极一一对应，所述探测电极嵌入对应的所述探测点，且所述探测点于所述待测区域内等间距呈直线排列，且同一待测区域内的探测点的连线垂直于堤坝的长度方向；
9.通过所述地质异常监测主机获取各所述探测电极在多个不同的探测频率下探测得到的电场分量；
10.基于探测得到的电场分量判断待测区域是否出现地质异常；
11.若是，通过所述服务器生成用于表述堤坝出现地质异常的第一预警信息；
12.将所述第一预警信息发送至所述监控终端，并通过所述监控终端的显示模块进行显示。
13.优选的，所述系统还包括与服务器通信连接的渗压计；所述方法，还包括：
14.获取设置于待监测堤坝的渗压计采集的水压数据；
15.通过所述服务器基于所述水压数据生成待监测堤坝的实时浸润线数据；
16.将所述实时浸润线数据和标准浸润线数据进行比较，以判断待监测堤坝是否具有溃坝风险；
17.若是，通过所述服务器生成用于表述堤坝具有溃坝风险的第二预警信息；
18.将所述第二预警信息发送至所述监控终端，并通过所述监控终端的显示模块进行显示。
19.优选的，所述系统还包括与所述服务器通信连接的水位计；所述水位计设置于堤坝的外河或内水库中；所述方法，还包括：
20.获取设置于待监测堤坝的渗压计采集的实时水位；
21.通过所述服务器判断所述实时水位是否超过汛情水位；
22.若是，通过所述服务器生成用于表述堤坝出现汛情的第三预警信息；
23.将所述第三预警信息发送至所述监控终端，并通过所述监控终端的显示模块进行显示。
24.优选的，所述系统还包括与所述服务器通信连接的水流传感器；所述水流传感器的数量为多个，多个所述水流传感器均匀分布于待监测堤坝的外河或内水库中；所述水流传感器用于检测水流速度和方向；所述方法，还包括：
25.获取所述水流方向传感器采集的实时水流矢量，其中，所述实时水流矢量每隔第一预设时长采集一次；
26.通过所述服务器基于所述实时水流矢量计算得到过去第二预设时长内的单个位置的水流矢量，其中，所述第二预设时长包括n个第一预设时长；所述过去第二预设时长内的单个位置的水流矢量的计算公式为：
[0027][0028]
式中，为所述过去第二预设时长内的单个位置的水流矢量，为过去第二预设时长内第i个第一预设时长所对应的实时水流矢量，xi为过去第二预设时长内第i个第一预设时长内水流在x轴方向上的流动距离，yi为过去第二预设时长内第i个第一预设时长内水流在y轴方向上的流动距离；
[0029]
判断各所述水流传感器对应的所述过去第二预设时长内的单个位置的水流矢量的延长线是否相交于半径小于预设半径的圆形区域；
[0030]
若是，通过所述服务器生成用于表述堤坝出现暗洞的第四预警信息；
[0031]
将所述第三预警信息发送至所述监控终端，并通过所述监控终端的显示模块进行显示。
[0032]
优选的，所述系统还包括与所述服务器通信连接的gnss接收机；所述gnss接收机设置于待监测堤坝的坝体上；所述方法，还包括：
[0033]
获取设置于待监测堤坝的所述gnss接收机采集的堤坝水平位移数据和堤坝沉降数据；
[0034]
通过所述服务器判断如下条件是否成立：所述堤坝水平位移数据大于堤坝水平位移预警值，或所述堤坝沉降数据大于堤坝沉降预警值；
[0035]
若是，通过所述服务器生成用于表述堤坝出现溃坝风险的第五预警信息；
[0036]
将所述第五预警信息发送至所述监控终端，并通过所述监控终端的显示模块进行显示。
[0037]
优选的，所述监控终端还包括输入设备；所述系统还包括与所述服务器通信连接且设置于待监测堤坝的气象站；所述气象站用于获取待监测堤坝的实时气象信息，其中，所述实时气象信息包括气温、风向、风速、相对湿度、降水量和大气压力；所述系统还包括与所述服务器通信连接的摄像头；所述摄像头用于拍摄待监测堤坝的实况视频；所述方法，还包括：
[0038]
获取通过所述输入设备输入的查看水库信息指令；
[0039]
通过所述服务获取所述查看水库信息指令对应的水库堤坝的水库信息，其中，所述水库信息由管理人员通过所述输入设备预先输入，所述水库信息包括水库地理位置、值班人员信息、水库容水量、水库水域面积、汛情水位、预警最低水位和标准浸润线数据；
[0040]
通过所述服务获取所述查看水库信息指令对应水库堤坝的实时信息，其中，所述实时信息包括所述实时浸润线数据、所述实时水位、所述实况视频、所述实时气象信息、实时水流矢量、所述堤坝水平位移数据和所述堤坝沉降数据；
[0041]
通过所述监控终端的显示模块显示所述水库信息和所述实时信息。
[0042]
优选的，待监测堤坝的数量为多个；所述方法，还包括：
[0043]
获取通过所述输入设备输入的间隔时长；
[0044]
将不同的待监测堤坝对应的所述实况视频按照所述间隔时长于所述监控终端的显示模块进行切换显示。
[0045]
优选的，所述方法，还包括：
[0046]
通过所述服务器获取待监测堤坝对应的预警信息的数量，并标记为预警数量；
[0047]
基于所述预警数量生成待监测堤坝对应的风险等级信息；
[0048]
将所述风险等级信息发送至所述监控终端，并通过所述监控终端的显示模块进行显示。
[0049]
优选的，所述基于所述预警数量生成待监测堤坝对应的风险等级信息，包括：
[0050]
当所述预警数量为0时，生成低风险等级信息；
[0051]
当所述预警数量为1或2时，生成中风险等级信息；
[0052]
当所述预警数量为3或4时，生成高风险等级信息；
[0053]
当所述预警数量为5时，生成极高风险等级信息。
[0054]
本发明还提出一种堤坝地质异常实时监测系统，本系统应用于如上述中任一项所述的堤坝地质异常实时监测方法；所述系统包括地质异常监测模块、地质异常监测主机、监控终端和服务器；所述地质异常监测模块与地质异常监测组件通信连接；所述地质异常监测主机和所述监控终端均与所述服务器通信连接；所述地质异常监测模块包括多个探测电极。
[0055]
通过上述技术方案，能实现以下有益效果：
[0056]
本发明提出的堤坝地质异常实时监测方法能够基于地质异常监测模块和地质异常监测主机对堤坝的地层进行实时地质检测，不但监测范围更大，且监测的周期更短，能够实现分钟级监测，故监测效果更好；且本发明使用地质异常监测模块和地质异常监测主机对堤坝的地层进行实时地质检测，能够针对堤坝的内部结构情况进行有效的监测，如地壳
变化，地质沉降，鼠洞、蚁穴等，能够更加准确且及时的反应堤坝的安全情况，实现更加高效的堤坝安全预警。
附图说明
[0057]
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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0058]
图1为本发明提出的一种堤坝地质异常实时监测方法第一实施例的流程图。
具体实施方式
[0059]
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0060]
本发明提出一种堤坝地质异常实时监测方法及系统。
[0061]
如附图1所示，在本发明提出的一种堤坝地质异常实时监测方法的一实施例中，本实施例应用于堤坝地质异常实时监测系统；所述系统包括地质异常监测模块、地质异常监测主机、监控终端和服务器；所述地质异常监测模块与地质异常监测主机通信连接；所述地质异常监测主机和所述监控终端均与所述服务器通信连接；所述地质异常监测模块包括多个探测电极；本实施例包括如下步骤：
[0062]
步骤s110：获取待监测堤坝的探测区域。
[0063]
步骤s120：确定待测区域的探测点，其中，所述探测点和所述探测电极一一对应，所述探测电极嵌入对应的所述探测点，且所述探测点于所述待测区域内等间距呈直线排列，且同一待测区域内的探测点的连线垂直于堤坝的长度方向。
[0064]
具体的，探测电极嵌入地面后，用于探测堤坝地层的电场分量。
[0065]
步骤s130：通过所述地质异常监测主机获取各所述探测电极在多个不同的探测频率下探测得到的电场分量。
[0066]
具体的，基于频率域电磁测深法获取各所述探测电极在多个不同的探测频率下探测得到的电场分量；频率域电磁测深法(天然电场选频法)的工作原理主要是：不同探测频率对应地面不同深度，且探测频率越高，对应的探测深度越浅；探测频率越低，对应的探测深度越深。
[0067]
天然电场选频法场源为大地电磁场及交变电磁场，在距离场源很远的地面所分布的场，可视为一平面波，其分布方向近似垂直于地面，场的变化服从麦克斯韦方程组，通过对普通型波动方程求解，可以导出波阻抗与介质交流电阻率的关系：电磁波的穿透深度与频率、电阻率有关，当频率一定，电阻率越高穿透深度越大；当电阻率一定，频率越低穿透深度越大。
[0068]
因此，通过改变探测频率可达到改变探测深度的目的，由于在同一地区小范围内磁场分盘基本稳定，可视为一常数，因而可以利用电场分量与电阻率的定性关系判断地质体的高、低阻特征。
[0069]
物探仪的探测频率选用的是具有大地电磁场特征的频率，而大地电磁场的频谱是从0.001hz-10hz之间，根据实际的地质问题需要，一般选用10hz-3000hz之间的工作频率，
频率间隔在对数坐标纸上均匀分布，达到探测不同深度的目的。
[0070]
步骤s140：基于探测得到的电场分量判断待测区域是否出现地质异常。
[0071]
具体的，当采用天然电场选频法进行地质探测时，当地表或近地表存在横向电性不均匀体(即地质异常体，在本实施例中堤坝出现的地质异常一般为堤坝内部空洞或暗流)时，会使地表或近地表附近的大地电流密度增加或减少，具体表现为探测电极探测到的电场分量曲线发生向上或向下的平移，但视电阻率曲线形态和相位曲线不会因此而发生改变，这就是静态效应；基于当出现地质异常体时，探测电极探测到的电场分量曲线会发生向上或向下的平移的的特性，能够判断待测区域是否出现地质异常体。
[0072]
若是，执行步骤s150：通过所述服务器生成用于表述堤坝出现地质异常的第一预警信息。
[0073]
具体的，若堤坝的地层出现地质异常，说明堤坝内部可能出现了的地质空洞、暗流、地壳变化，地质沉降，鼠洞、蚁穴等，即堤坝的地层结构具有风险，需要及时预警并进行处理；故通过服务器生成用于表述堤坝出现地质异常的第一预警信息。
[0074]
具体的，这里的第一预警信息包括出现地质异常的堤坝位置，以及出现地质异常的时刻。
[0075]
步骤s160：将所述第一预警信息发送至所述监控终端，并通过所述监控终端的显示模块进行显示。
[0076]
本发明提出的堤坝地质异常实时监测方法能够基于地质异常监测模块和地质异常监测主机对堤坝的地层进行实时地质检测，不但监测范围更大，且监测的周期更短，能够实现分钟级监测，故监测效果更好；且本发明使用地质异常监测模块和地质异常监测主机对堤坝的地层进行实时地质检测，能够针对堤坝的内部结构情况进行有效的监测，如地壳变化，地质沉降，鼠洞、蚁穴等，能够更加准确且及时的反应堤坝的安全情况，实现更加高效的堤坝安全预警。
[0077]
在本发明提出的一种堤坝地质异常实时监测方法的第二实施例中，基于第一实施例，所述系统还包括与服务器通信连接的渗压计；本实施例还包括如下步骤：
[0078]
步骤s210：获取设置于待监测堤坝的渗压计采集的水压数据。
[0079]
步骤s220：通过所述服务器基于所述水压数据生成待监测堤坝的实时浸润线数据。
[0080]
具体的，浸润线是渗透水流表面与土坝横断面的交线。其以下土体处于饱和状态，颗粒重量为有效重量，同时受渗流水的渗透力作用，故坝体内浸润线位置的高低及形状对坝体的应力、土料的抗剪强度、坝坡稳定及土料的渗透稳定性影响较大。其位置的确定是土坝渗流分析及稳定分析的重要内容。
[0081]
步骤s230：将所述实时浸润线数据和标准浸润线数据进行比较，以判断待监测堤坝是否具有溃坝风险。
[0082]
具体的，若实时浸润线数据大于标准浸润线数据，则说明待监测堤坝具有溃坝风险。
[0083]
若是，执行步骤s240：通过所述服务器生成用于表述堤坝具有溃坝风险的第二预警信息。
[0084]
步骤s250：将所述第二预警信息发送至所述监控终端，并通过所述监控终端的显
示模块(例如显示器)进行显示。
[0085]
本实施例通过渗压计来采集堤坝的地层的水压数据，从而计算得到实时浸润线数据，并以此判断待监测堤坝是否具有溃坝风险。
[0086]
在本发明提出的一种堤坝地质异常实时监测方法第三实施例中，基于第二实施例，所述系统还包括与所述服务器通信连接的水位计；所述水位计设置于堤坝的外河或内水库中；本实施例还包括如下步骤：
[0087]
步骤s310：获取设置于待监测堤坝的渗压计采集的实时水位。
[0088]
步骤s320：通过所述服务器判断所述实时水位是否超过汛情水位。
[0089]
若是，执行步骤s330：通过所述服务器生成用于表述堤坝出现汛情的第三预警信息。
[0090]
步骤s340：将所述第三预警信息发送至所述监控终端，并通过所述监控终端的显示模块进行显示。
[0091]
具体的，若实时水位超过汛情水位，则说明水库或外河出现了汛期，需要及时进行预警。
[0092]
在本发明提出的一种堤坝地质异常实时监测方法第四实施例中，基于第三实施例，所述系统还包括与所述服务器通信连接的水流传感器；所述水流传感器的数量为多个，多个所述水流传感器均匀分布于待监测堤坝的外河或内水库中；所述水流传感器用于检测水流速度和方向；本实施例还包括如下步骤：
[0093]
步骤s410：获取所述水流方向传感器采集的实时水流矢量，其中，所述实时水流矢量每隔第一预设时长采集一次。
[0094]
具体的，这里的第一预设时长优选为10秒。
[0095]
步骤s420：通过所述服务器基于所述实时水流矢量计算得到过去第二预设时长内的单个位置的水流矢量，其中，所述第二预设时长包括n个第一预设时长；所述过去第二预设时长内的单个位置的水流矢量的计算公式为：
[0096][0097]
式中，为所述过去第二预设时长内的单个位置的水流矢量，为过去第二预设时长内第i个第一预设时长所对应的实时水流矢量，xi为过去第二预设时长内第i个第一预设时长内水流在x轴方向上的流动距离，yi为过去第二预设时长内第i个第一预设时长内水流在y轴方向上的流动距离。
[0098]
具体的，这里的第二预设时长为60秒。对单个位置的水流传感器而言，x轴和y轴的方向彼此垂直，且x轴和y轴为水平面上的方向轴；且x轴和y轴相交的原点即为水流传感器所处的水平位置点。
[0099]
步骤s430：判断各所述水流传感器对应的所述过去第二预设时长内的单个位置的水流矢量的延长线是否相交于半径小于预设半径的圆形区域。
[0100]
具体的，这里的预设半径为10米。
[0101]
若各水流传感器对应的过去第二预设时长内的单个位置的水流矢量的延长线相交于半径小于预设半径的圆形区域，则说明水库或外河的各个水流传感器的位置点具有向该圆形区域汇集流动的趋势，这是一种异常的情况，说明该圆形区域内很可能出现了暗洞，从而导致水库或外河内水均向该暗洞汇集流动，需要进行预警和排查。
[0102]
若是，执行步骤s440：通过所述服务器生成用于表述堤坝出现暗洞的第四预警信息。
[0103]
具体的，这里的第四预警信息包括堤坝出现暗洞的时刻，以及堤坝出现暗洞的位置(暗洞的位置即为各水流传感器对应的过去第二预设时长内的单个位置的水流矢量的延长线相交的圆形区域)。
[0104]
步骤s450：将所述第三预警信息发送至所述监控终端，并通过所述监控终端的显示模块进行显示。
[0105]
具体的，本实施例给出了如何对堤坝出现暗洞的情况进行预警的方案。
[0106]
在本发明提出的一种堤坝地质异常实时监测方法第五实施例中，基于第四实施例，所述系统还包括与所述服务器通信连接的gnss接收机；所述gnss接收机设置于待监测堤坝的坝体上；本实施例还包括如下步骤：
[0107]
步骤s510：获取设置于待监测堤坝的所述gnss接收机采集的堤坝水平位移数据和堤坝沉降数据。
[0108]
步骤s520：通过所述服务器判断如下条件是否成立：所述堤坝水平位移数据大于堤坝水平位移预警值，或所述堤坝沉降数据大于堤坝沉降预警值。
[0109]
具体的，堤坝水平位移预警值为50mm，堤坝沉降预警值为12mm。
[0110]
若是，执行步骤s530：通过所述服务器生成用于表述堤坝出现溃坝风险的第五预警信息。
[0111]
步骤s540：将所述第五预警信息发送至所述监控终端，并通过所述监控终端的显示模块进行显示。
[0112]
具体的，本实施例给出了如何对堤坝出现异常水平位移或异常沉降的情况进行预警的方案。
[0113]
在本发明提出的一种堤坝地质异常实时监测方法第六实施例中，基于第五实施例，所述监控终端还包括输入设备(例如键盘)；所述系统还包括与所述服务器通信连接且设置于待监测堤坝的气象站；所述气象站用于获取待监测堤坝的实时气象信息，其中，所述实时气象信息包括气温、风向、风速、相对湿度、降水量和大气压力；所述系统还包括与所述服务器通信连接的摄像头；所述摄像头用于拍摄待监测堤坝的实况视频；本实施例还包括如下步骤：
[0114]
步骤s610：获取通过所述输入设备输入的查看水库信息指令。
[0115]
步骤s620：通过所述服务获取所述查看水库信息指令对应的水库堤坝的水库信息，其中，所述水库信息由管理人员通过所述输入设备预先输入，所述水库信息包括水库地理位置、值班人员信息、水库容水量、水库水域面积、汛情水位、预警最低水位和标准浸润线数据。
[0116]
步骤s630：通过所述服务获取所述查看水库信息指令对应水库堤坝的实时信息，其中，所述实时信息包括所述实时浸润线数据、所述实时水位、所述实况视频、所述实时气
象信息、实时水流矢量、所述堤坝水平位移数据和所述堤坝沉降数据。
[0117]
步骤s640：通过所述监控终端的显示模块显示所述水库信息和所述实时信息。
[0118]
本实施例给出了将待监测堤坝的水库信息和实时信息进行显示的技术方案，从而便于管理人员及时知晓将待监测堤坝的各类安全预警信息。
[0119]
在本发明提出的一种堤坝地质异常实时监测方法第七实施例中，基于第六实施例，待监测堤坝的数量为多个；本实施例还包括如下步骤：
[0120]
步骤s710：获取通过所述输入设备输入的间隔时长。
[0121]
具体的，这里的间隔时长优选为10秒。
[0122]
步骤s720：将不同的待监测堤坝对应的所述实况视频按照所述间隔时长于所述监控终端的显示模块进行切换显示。
[0123]
通过将不同的待监测堤坝对应的实况视频按照间隔时长于监控终端的显示模块进行切换显示，从而便于管理人员及时知晓将待监测堤坝的实况信息。
[0124]
在本发明提出的一种堤坝地质异常实时监测方法第八实施例中，基于第六实施例，本实施例还包括如下步骤：
[0125]
步骤s810：通过所述服务器获取待监测堤坝对应的预警信息的数量，并标记为预警数量。
[0126]
具体的，这里的预警信息包括第一预警信息、第二预警信息、第三预警信息、第四预警信息和第五预警信息。
[0127]
步骤s820：基于所述预警数量生成待监测堤坝对应的风险等级信息。
[0128]
步骤s830：将所述风险等级信息发送至所述监控终端，并通过所述监控终端的显示模块进行显示。
[0129]
通过生成并显示风险等级信息，以便于管理人员直观快速的知晓待监测堤坝的安全预警等级。
[0130]
在本发明提出的一种堤坝地质异常实时监测方法第九实施例中，基于第八实施例，步骤s820，包括如下步骤：
[0131]
步骤s910：当所述预警数量为0时，生成低风险等级信息。
[0132]
步骤s920：当所述预警数量为1或2时，生成中风险等级信息。
[0133]
步骤s930：当所述预警数量为3或4时，生成高风险等级信息。
[0134]
步骤s940：当所述预警数量为5时，生成极高风险等级信息。
[0135]
本实施例给出了如何基于预警数量生成待监测堤坝对应的风险等级信息的具体方案。
[0136]
在本发明提出的一种堤坝地质异常实时监测方法第十实施例中，基于第八实施例，所述值班人员信息包括值班电话号码；本还包括如下步骤：
[0137]
步骤s1010：判断待监测堤坝对应的风险等级信息是否为低风险。
[0138]
若否，执行步骤s1020：将所述风险等级信息发送至所述值班电话号码。
[0139]
具体的，通过将所述风险等级信息发送至所述值班电话号码，以及时提醒管理人员应对堤坝出现的安全风险。
[0140]
本发明还提出一种堤坝地质异常实时监测系统，本系统应用于如上述中任一项所述的堤坝地质异常实时监测方法；所述系统包括地质异常监测模块、地质异常监测主机、监
控终端和服务器；所述地质异常监测模块与地质异常监测组件通信连接；所述地质异常监测主机和所述监控终端均与所述服务器通信连接；所述地质异常监测模块包括多个探测电极。
[0141]
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0142]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
[0143]
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。