[发明专利]一种浅层地质位移监测与预警系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地质勘测技术，具体涉及一种浅层地质位移监测与预警系统及方法。

背景技术

近年来，由于全球气候异常变化，导致地质灾害隐患也在不断增加，特别是随着人类活动的加剧和活动范围的不断扩大，造成的地质性破坏越来越多。地质灾害的形式主要表现在崩塌、滑坡、泥石流、地质塌陷、沉降等，究其原因，除气象因素外，浅层地质的位移是导致地质灾害的主要原因。

目前，对地质灾害传统的监测方法主要是通过群测群防和监测人员现场参与的方法，现有这些监测方法的缺陷在于：1、现有这些监测方法通常都采用人工操作、人工记录、人工计算的传统方式、人力和物力成本投入大，同时人工操作受地理环境、天气的影响大，而且操作的人员人身安全也无法得到完全的保证；2、由于数据是人工定期采集的，这就使得监测数据的采集量较小，监测数据难易准确描述，因此监测的准确性较低；3、人工采集数据到对监测数据进行处理往往需要较长的时间，这就使得到的监测结果具有一定的滞后性和延迟性，因此不能及时、迅速地对迅速地对地质灾害进行监测和预警，从而不能有效地起到事先防御地质灾害的功能；4、现有的监测方法无法实现全天候、动态监测，因此在将要发生地质灾害的地点和时段可能不能及时获得地质灾害发生前期的预兆信息，从而不能及时发出预警避免大量人员和财产的损失。

为解决传统监测方法存在的问题，人们研发出了对浅层地质的位移进行监测的新的技术手段，主要有地表位移形变GPS测量法、激光雷达测量法和合成孔径雷达干涉测量法等，这些监测手段，对浅层地质位移的绝对位移监测精确度高，但是这些监测手段使用的监测设备造价和维护成本都非常高，另外这些设备的使用对监测人员的素质要求也非常高，因此监测手段很难广泛普及。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是：提供一种能够全天候，动态监测，且监测精度高、造价和使用成本低的浅层地质位移监测与预警系统和方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种浅层地质位移监测与预警系统，其特征在于：包括传感器模块、通信模块、信息处理模块和预警模块；所述传感器模块由M个角度传感器构成，所述角度传感器用于监测其所分布位置的倾角，计算其监测的倾角的偏移量，并将所述偏移量传输至通信模块；所述通信模块用于将接收到的偏移量传输至信息处理模块；所述信息处理模块用于记录每个角度传感器对应的地理坐标和对其接收的偏移量进行存储，并将该偏移量换算成相应的偏移位移，再根据计算得到的偏移位移计算监测点的偏移中心和平均偏移值，同时计算监测点的偏移面积，然后判断计算出的平均偏移值是否满足预警条件，若满足预警条件向预警模块发出触发信号，并将偏移面积传输至预警模块；所述预警模块用于根据接收到的触发信号发出预警信号。

进一步地，所述信息处理模块包括存储单元、数据转换单元、计算单元和判断单元；所述计算单元包括相互连接的第一计算子单元和第二计算子单元；所述存储单元用于记录每个角度传感器对应的地理坐标，并对接收到的通信模块传输的偏移量进行存储；所述数据转换单元将存储单元存储的偏移量转换成相应的偏移位移，然后再将偏移位移换算成偏移值，并将该偏移值和该偏移值对应的偏移位移传输至判断单元；所述判断单元中预设有最小偏移阀值和最大偏移阀值，判断单元将接收到得的数据转换单元传输的偏移值与最小偏移阀值进行比较，将大于等于最小偏移阀值的偏移值和其对应的偏移位移传输给第一计算子单元，将小于最小偏移阀值的偏移值和其对应的偏移位移传输给第二计算子单元；所述第一计算子单元根据每个角度传感器对应的地理坐标和判断单元传输的偏移值对应的偏移位移计算监测点的偏移中心和平均偏移值，并将该偏移中心和平均偏移值传输给第二计算子单元；所述第二计算子单元根据第一计算子单元计算得到的偏移中心和判断单元传输的小于最小偏移阀值的偏移值对应的偏移位移计算出监测点的偏移面积，并将该偏移面积和第一计算子单元计算的平均偏移值传输至判断单元；所述判断单元将接收到的平均偏移值与最大偏移阀值进行比较，当该平均偏移值大于最大偏移阀值向预警模块发出触发信号，并将接收到的偏移面积传输至预警模块。

所述数据转换单元采用如下换算方法将接收的偏移量换算成偏移位移：角度传感器长度为A，信息处理模块接收的监测点处在X轴和Y轴方向的偏移量分别是α和β，根据勾股定理和余弦定理，计算得到角度传感器在X轴和Y轴方向的偏移位移分别为：x=A*cosα,y=A*cosβ。

更进一步地，所述第一计算子单元采用如下算法计算得到监测点的偏移中心和平均偏移值，具体如下：