專利名稱：一種地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)，具體地說是一種地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)綜合了多種環(huán)境數(shù)據(jù)測量元件，并利用通訊網(wǎng)絡(luò)將測量元件所測得的數(shù)據(jù)及影像由現(xiàn)場監(jiān)控裝置傳至主監(jiān)控裝置，再將監(jiān)測信息傳至負(fù)責(zé)單位， 以加速救災(zāi)工作，但該系統(tǒng)無法預(yù)測出監(jiān)測區(qū)域的降水量，實時監(jiān)測出監(jiān)測區(qū)域或物體定量的位移信息，并根據(jù)可降水量與空間位移信息自動預(yù)警；同時該系統(tǒng)需要安裝大量的傳感器，成本高；或者利用雨量、紅外位移傳感器，通過無線網(wǎng)絡(luò)實施傳輸至數(shù)據(jù)中心，實時監(jiān)測滑坡、塌陷區(qū)域?qū)嶋H的降雨強(qiáng)度、降雨歷時、滑坡及塌陷的狀態(tài)信息和危巖滑動信息，客觀地綜合監(jiān)測、評估臨界滑坡的降雨閥值、滑坡的演變過程、狀態(tài)及滑坡、坍塌等級，但該系統(tǒng)無法預(yù)測可降水量，且位移信息精度低，無法實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的終端用戶預(yù)警。范意民等人 (2008年)將GPS技術(shù)應(yīng)用于三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警中，為地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測和預(yù)警提供準(zhǔn)確的位移變形信息；舒海翅等人(2010年)通過改善硬、軟件配置以及獨立的無線局域網(wǎng)組網(wǎng)， 開發(fā)出了應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害變形GPS實時監(jiān)測系統(tǒng)，具有全天候、自動化、野外復(fù)雜環(huán)境適用等特點，并且能很好地保證監(jiān)測的精度，但是未考慮降水與滑坡等地質(zhì)災(zāi)害之間的關(guān)聯(lián)，不能根據(jù)位移信息和降水量等信息綜合決策預(yù)警。上述技術(shù)是目前地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測和預(yù)警技術(shù)的最新技術(shù)，但都存在一些問題，各種技術(shù)相對獨立，未能綜合考慮地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域的空間信息與氣象信息之間的響應(yīng)關(guān)系，不能快速直接地向終端用戶提供即時的預(yù)警信息。為此，有必要提供一種具有智能控制的地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，提供即時的災(zāi)害監(jiān)測和預(yù)警信息，以便提高災(zāi)害監(jiān)測和預(yù)警的工作效率，降低地質(zhì)災(zāi)害造成人們生命和財產(chǎn)損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)；
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，包括監(jiān)測子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)包括至少一監(jiān)測點和至少一連續(xù)運行參考站，用于采集每個監(jiān)測點、連續(xù)運行參考站及其周邊的觀測數(shù)據(jù)；
數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)，用于接收監(jiān)測子系統(tǒng)的觀測數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析處理得到預(yù)警數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)警數(shù)據(jù)，發(fā)出預(yù)警信號；
預(yù)警子系統(tǒng)，接收數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信號并進(jìn)行預(yù)警處理； 以及通信網(wǎng)絡(luò)，為監(jiān)測子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)和預(yù)警子系統(tǒng)之間提供網(wǎng)絡(luò)通信。進(jìn)一步地，本發(fā)明地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)中，所述每個監(jiān)測點設(shè)有單頻GPS 接收機(jī)、氣象傳感器和水含量探測器；每個連續(xù)運行參考站設(shè)有雙頻GPS接收機(jī)和氣象傳感器，并為監(jiān)測點設(shè)備單獨設(shè)置供電裝置。進(jìn)一步地，本發(fā)明地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)中，所述水含量探測器為巖石水含量探測器和/或土壤水含量探測器。進(jìn)一步地，本發(fā)明地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)中，所述供電裝置為太陽能發(fā)電機(jī)或風(fēng)力發(fā)電機(jī)。進(jìn)一步地，本發(fā)明地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)中，所述數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)包括交換機(jī)、路由器、磁盤陣列、防火墻及服務(wù)器組成的硬件平臺，在所述服務(wù)器上設(shè)置對監(jiān)測子系統(tǒng)的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理分析的變形監(jiān)測模塊、降水量預(yù)測模塊和專家決策預(yù)警模塊。進(jìn)一步地，本發(fā)明地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)中，所述通信網(wǎng)絡(luò)的通信形式為有線或無線兩種。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點
(1)利用GPS接收機(jī)、氣象傳感器、無線網(wǎng)絡(luò)通訊等先進(jìn)技術(shù)高度融合集成，實時自動監(jiān)測地質(zhì)災(zāi)害；
(2)GPS在本發(fā)明中，一種技術(shù)多種用途，不但可以實時監(jiān)測地質(zhì)災(zāi)害的空間變形信息， 而且可以實時監(jiān)測可降水量，為地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測分析提供多元數(shù)據(jù)，提高預(yù)測精度；
(3)監(jiān)測設(shè)備智能運行，監(jiān)測設(shè)備電源集成，保證全天候無人值守實時運行，預(yù)警平臺智能化，預(yù)警渠道多樣化；
(4)采用太陽能、風(fēng)能技術(shù)，為GPS接收機(jī)和氣象傳感器等提供能源保障，實現(xiàn)各種監(jiān)測設(shè)備的無人值守。


圖1為本發(fā)明地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)布置示意圖2為本發(fā)明地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程示意圖； 圖3為本實施例中監(jiān)測點的分布示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖1、圖2所示，一種地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，包括監(jiān)測子系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括至少一監(jiān)測點和至少一連續(xù)運行參考站，每個監(jiān)測點設(shè)有單頻GPS接收機(jī)、氣象傳感器和水含量探測器，其中，根據(jù)監(jiān)測點的地質(zhì)可以選擇水含量探測器為巖石水含量探測器和/ 或土壤水含量探測器，同時設(shè)有為單頻GPS接收機(jī)、氣象傳感器和水含量探測器供電的太陽能發(fā)電機(jī)或風(fēng)力發(fā)電機(jī)；每個連續(xù)運行參考站設(shè)有雙頻GPS接收機(jī)和氣象傳感器，用于采集每個監(jiān)測點、連續(xù)運行參考站的GPS觀測數(shù)據(jù)及其周邊的氣象觀測數(shù)據(jù)；
數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)，包括交換機(jī)、路由器、磁盤陣列、防火墻及服務(wù)器組成的硬件平臺，在所述服務(wù)器上設(shè)有變形監(jiān)測模塊、降水量預(yù)測模塊和專家決策預(yù)警模塊，變形監(jiān)測模塊實時接收監(jiān)測點及連續(xù)運行參考站的GPS觀測數(shù)據(jù)融合處理，實時解算出各監(jiān)測點與連續(xù)運行參考站之間的相對空間位移變形信息；同時，降水量預(yù)測模塊實時接收連續(xù)運行參考站的GPS觀測數(shù)據(jù)和氣象觀測數(shù)據(jù)，層析出監(jiān)測區(qū)域內(nèi)準(zhǔn)實時的三維水汽分布狀況，并預(yù)測臨近時間的可降水量；專家決策預(yù)警模塊根據(jù)變形監(jiān)測模塊解算出的相對空間位移變形信息、降水量預(yù)測模塊預(yù)測的可降水量、土壤含水量與不同等級的地質(zhì)災(zāi)害之間的經(jīng)驗響應(yīng)
4關(guān)系進(jìn)行判定，并實時通過廣播、hternet、手機(jī)等各種渠道發(fā)布預(yù)警信號；
預(yù)警子系統(tǒng)，接收數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信號并進(jìn)行預(yù)警處理，該預(yù)警子系統(tǒng)中的政府、手機(jī)、村鎮(zhèn)等不同用戶根據(jù)實施需要選用廣播、Internet、手機(jī)等方式接受預(yù)警信號；
以及通信網(wǎng)絡(luò)，為監(jiān)測子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)和預(yù)警子系統(tǒng)之間提供有線或者無線形式的網(wǎng)絡(luò)通信。本發(fā)明地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建方法 步驟一、建立監(jiān)測子系統(tǒng)
(1-1)選定一監(jiān)測區(qū)，在該監(jiān)測區(qū)內(nèi)設(shè)置至少一監(jiān)測點，在每個監(jiān)測點設(shè)置單頻GPS接收機(jī)、氣象傳感器和水含量探測器，根據(jù)監(jiān)測點的地質(zhì)可以選擇水含量探測器為巖石水含量探測器和/或土壤水含量探測器，同時在監(jiān)測區(qū)內(nèi)設(shè)置供電裝置為單頻GPS接收機(jī)、氣象傳感器和水含量探測器供電；其中，監(jiān)測區(qū)為滑坡、坍塌地質(zhì)災(zāi)害區(qū)；
(1-2)在距離監(jiān)測區(qū)IOkm范圍內(nèi)地質(zhì)穩(wěn)定區(qū)域設(shè)置至少一連續(xù)運行參考站，并在每個連續(xù)運行參考站設(shè)置雙頻GPS接收機(jī)和氣象傳感器； 步驟二、建立數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)
建立硬件平臺，包括交換機(jī)、路由器、磁盤陣列、防火墻及服務(wù)器，在所述服務(wù)器上設(shè)有對監(jiān)測子系統(tǒng)的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析的變形監(jiān)測模塊、降水量預(yù)測模塊和專家決策預(yù)警模塊；
步驟三、建立預(yù)警子系統(tǒng)
該預(yù)警子系統(tǒng)可以為政府、村鎮(zhèn)、手機(jī)用戶等多個或一個用戶，每個用戶可以選擇通信平臺接受數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)發(fā)出的預(yù)警信號進(jìn)行預(yù)警處理。步驟四、構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
為監(jiān)測子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)和預(yù)警子系統(tǒng)之間構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)通信，該網(wǎng)絡(luò)通信可以是無線、有線或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)的形式。
實施例本實施例中的監(jiān)測區(qū)為滑坡體，該地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)主要按四大部分實施
第一部分
構(gòu)建監(jiān)測子系統(tǒng)，選定一監(jiān)測區(qū)，在監(jiān)測區(qū)為滑坡體，從坡頂?shù)狡碌氐母叨葹?km，監(jiān)測點的分布如圖3所示，由于滑坡體的受重部位在頂部，其上半部分比下半部分危害性更大的特征，滑坡體主要監(jiān)測其豎直方向的位移情況，尤其是頂部，因此監(jiān)測點主要按縱向排列，且距離頂部越近，監(jiān)測點之間的間隔距離越短，為了監(jiān)測比較分析整個滑坡體的水平位移情況，還需在橫向方向上適當(dāng)布置監(jiān)測點，另外在監(jiān)測體中部的特征部位需適當(dāng)增加監(jiān)測點，在每個監(jiān)測點安裝具有無線網(wǎng)絡(luò)通訊能力的單頻GPS接收機(jī)和土壤含水量探測器， 同時安裝太陽能和風(fēng)力發(fā)電機(jī)及蓄電池，為監(jiān)測點設(shè)備供電；
選擇連續(xù)運行參考站，首先要考慮穩(wěn)定的地質(zhì)基礎(chǔ)，避開斷層破碎帶、易滑坡地、沼澤地和地下流沙等局部易沉陷區(qū)，同時也要避開大面積水體、高大樹木、建筑物等易造成多路徑效應(yīng)的區(qū)域，避開鐵路、公路等易造成震動的區(qū)域，避開高壓線、變電站、發(fā)射塔等有電磁干擾的環(huán)境；要有較好的通視條件，至少要滿足10°的接收仰角，另外也要考慮通信、供電、交通等因素，該連續(xù)運行參考站設(shè)置在距離監(jiān)測區(qū)8km處。第二部分
建設(shè)數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)主要包括硬件和軟件兩大部分。硬件平臺主要包括交換機(jī)、服務(wù)器、顯示器、磁盤陣列、防火墻、路由器等，服務(wù)器采用分布式連接，首先有兩臺服務(wù)器并行，分別安裝變形監(jiān)測系統(tǒng)軟件和降水量預(yù)測系統(tǒng)軟件，然后一臺裝有專家決策系統(tǒng)軟件的服務(wù)器與并行的兩臺服務(wù)器連接，實時從其獲取變形信息和可降水量數(shù)據(jù)。磁盤陣列主要用于存儲長時間的變形信息和可降水量信息，用于數(shù)據(jù)的時間序列分析，提高專家決策預(yù)警系統(tǒng)經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷目煽啃院蜏?zhǔn)確性；
變形監(jiān)測模塊實時接收監(jiān)測點及連續(xù)運行參考站的GPS觀測數(shù)據(jù)融合處理，實時解算出各監(jiān)測點與連續(xù)運行參考站之間的相對空間位移變形信息；同時，降水量預(yù)測模塊實時接收連續(xù)運行參考站的GPS觀測數(shù)據(jù)和氣象觀測數(shù)據(jù)，層析出監(jiān)測區(qū)域內(nèi)準(zhǔn)實時的三維水汽分布狀況，并預(yù)測臨近時間的可降水量；專家決策預(yù)警模塊根據(jù)變形監(jiān)測模塊解算出的相對空間位移變形信息、降水量預(yù)測模塊預(yù)測的可降水量、土壤含水量與不同等級的地質(zhì)災(zāi)害之間的經(jīng)驗響應(yīng)關(guān)系進(jìn)行判定，并實時通過廣播、hternet、手機(jī)渠道發(fā)布預(yù)警信號； 第三部分
構(gòu)建預(yù)警子系統(tǒng)要考慮其穩(wěn)定性，保證預(yù)警信息發(fā)布暢通無阻，同時渠道要多樣化，提高預(yù)警信息的受眾面，本實施例中村鎮(zhèn)、政府和手機(jī)用戶分別通過廣播、Internet、手機(jī)渠道發(fā)布預(yù)警信號。第四部分網(wǎng)絡(luò)通訊
網(wǎng)絡(luò)通訊是地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)的核心樞紐，主要有專用網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)。 監(jiān)測區(qū)內(nèi)的監(jiān)測點的通訊采用無線網(wǎng)絡(luò)通訊，連續(xù)運行參考站采用專用網(wǎng)絡(luò)，預(yù)警子系統(tǒng)采用專用網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)兩種。本發(fā)明的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)的實施方式不僅僅局限與實施例中所述的滑坡體，其它地質(zhì)災(zāi)害區(qū)只要采用本發(fā)明所述的系統(tǒng)也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于包括監(jiān)測子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)包括至少一監(jiān)測點和至少一連續(xù)運行參考站，用于采集每個監(jiān)測點、連續(xù)運行參考站及其周邊的觀測數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)，用于接收監(jiān)測子系統(tǒng)的觀測數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析處理得到預(yù)警數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)警數(shù)據(jù)，發(fā)出預(yù)警信號；預(yù)警子系統(tǒng)，接收數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)發(fā)出的預(yù)警信號并進(jìn)行預(yù)警處理；以及通信網(wǎng)絡(luò)，為監(jiān)測子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)和預(yù)警子系統(tǒng)之間提供網(wǎng)絡(luò)通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于所述每個監(jiān)測點設(shè)有單頻GPS接收機(jī)、氣象傳感器、水含量探測器，同時設(shè)有為單頻GPS接收機(jī)、氣象傳感器和水含量探測器供電的供電裝置；所述每個連續(xù)運行參考站設(shè)有雙頻GPS接收機(jī)和氣象傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于所述水含量探測器為巖石水含量探測器和/或土壤水含量探測器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于所述供電裝置為太陽能發(fā)電機(jī)或風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)包括交換機(jī)、路由器、磁盤陣列、防火墻及服務(wù)器組成的硬件平臺，在所述服務(wù)器上設(shè)有對監(jiān)測子系統(tǒng)的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理的變形監(jiān)測模塊、降水量預(yù)測模塊和專家決策預(yù)警模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于所述通信網(wǎng)絡(luò)的通信形式包括有線或無線兩種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，所述地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警包括系統(tǒng)監(jiān)測子系統(tǒng)，包括至少一監(jiān)測點和至少一連續(xù)運行參考站，用于采集每個監(jiān)測點、連續(xù)運行參考站及其周邊的觀測數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)，用于接收監(jiān)測子系統(tǒng)的觀測數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析處理得到預(yù)警數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)警數(shù)據(jù)，發(fā)出預(yù)警信號；預(yù)警子系統(tǒng)，接收數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信號并進(jìn)行預(yù)警處理；以及通信網(wǎng)絡(luò)，為監(jiān)測子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)和預(yù)警子系統(tǒng)之間提供通信，實現(xiàn)了實時監(jiān)測與預(yù)警的功能。
文檔編號G08B25/00GK102509421SQ20111037437
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者柯福陽 申請人:南京信息工程大學(xué)