一种自然灾害自动预警系统及其实现方法

1.一种自然灾害自动预警系统的实现方法，其特征在于，所述自然灾害自动预警系统包括作为优先预警的卫星定位预警系统，作为辅助维护和精确预警的传感器直接预警系统，接收卫星定位预警系统、传感器直接预警系统的反馈信号数据并进行安全评估的安全评价系统，根据安全评价系统的评估结果进行预警的预警装置，以及用于接收安全评价系统的评估结果的且设置有报警装置的监测中心；
所述卫星定位预警系统包括位移与定位装置，以及对所述位移与定位装置进行实时监测的卫星定位装置，所述卫星定位装置将监测信号数据传递至所述安全评价系统；
所述传感器直接预警系统包括传感器组，接收所述传感器组采集数据的数据并汇总的采集中心，所述数据采集中心将汇总的数据传递至所述安全评价系统；
所述自然灾害自动预警系统的实现方法包括以下步骤：
（1）卫星定位装置对位移与定位装置的状态进行实时监控；
（2）当位移与定位装置发生位移改变或者失去定位信号时，卫星定位装置将该信号数据反馈至安全评价系统；
（3）安全评价系统判断位移与定位装置是否正常工作，并做出以下策略：
（31）若位移与定位装置正常工作，则调用传感器直接预警系统中传感器组采集的数据，并将调用的数据与接收的位移与定位装置的信号数据相对比分析，判断灾害段是否发生位移：
（31a）若传感器组反馈的数据同样显示位移，安全评价系统判断该灾害段可能存在灾害风险，同时传递信息给预警装置和监测中心，进入三级预警状态;
（31b）若传感器组反馈的数据未显示位移，则安全评价系统判断位移与定位装置可能异常，并传递信息给监测中心，指示对预警系统进行检测；
（32）若传感器组中的部分传感器数据正常，其余异常，则安全评价系统直接判断该灾害路段已发生自然灾害，传递信息给预警装置和监测中心，进入二级预警状态；
（33）若传感器组工作异常或无法工作，则安全评价系统直接判断该灾害路段已发生大型自然灾害，传递信息给预警装置和监测中心，进入一级预警状态；
（34）若位移与定位装置失去信号，而传感器组反馈的数据正常，则安全评价系统判断位移与定位装置可能异常，并传递信息给监测中心，指示对预警系统进行检测。
2.根据权利要求1所述的自然灾害自动预警系统的实现方法，其特征在于，所述预警装置设置在自然灾害易发路段的两端。
3.根据权利要求1所述的自然灾害自动预警系统的实现方法，其特征在于，所述传感器组预埋在自然灾害易发路段。
4.根据权利要求1所述的自然灾害自动预警系统的实现方法，其特征在于，所述位移与定位装置为卫星定位传感器，其设置在自然灾害易发路段的边坡上。
5.根据权利要求1所述的自然灾害自动预警系统的实现方法，其特征在于，所述传感器组包括表面位移传感器、雨量计、土压力盒、锚索计和/或孔隙水压计。
6.根据权利要求1所述的自然灾害自动预警系统的实现方法，其特征在于，所述位移与定位装置和传感器组由太阳能供电装置供电，同时，所述位移与定位装置和传感器组还连接有UPS不间断电源。
7.根据权利要求1所述的自然灾害自动预警系统的实现方法，其特征在于，所述预警装置为LED显示屏、红灯、警示灯、电台、扩音器、智能手机中的一种或多种。

一种自然灾害自动预警系统及其实现方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种预警系统，具体的说，是涉及一种自然灾害自动预警系统及实现方法。\n背景技术\n[0002] 经过30多年发展，我国公路水路交通运输网络的规模和能力迅速扩大，结构不断优化，服务水平不断提升，已经建立了较为完善的公路、水路运输系统。目前，我国高速公路覆盖了全国90%以上的中等城市，普通干线公路基本实现了对县级及以上行政区的连接和覆盖，农村公路通达几乎所有的乡镇和建制村。我国公路总里程、港口吞吐能力、内河通航里程、全社会完成的公路客货运量、水路货运量和周转量等多项指标均居世界第一。据统计，到2012年年底，我国公路总里程达424万公里，高速公路从无到有、通车里程达9.6万公里，公路桥梁达71.3万座、3663万米，公路隧道达1万余处、805万米；全国内河航道通航里程达12.5万公里。\n[0003] 然而，我国又是一个地质复杂且地质灾害多发的国家，我国的一些不稳定的山地地貌在受到雨水侵蚀后，容易产生山体滑坡泥石流等地质灾害现象，这对居民生命财产安全造成巨大的威胁。经分析，所有自然灾害中，山体滑坡泥石流等地质灾害现象对公路、水路以及铁路的威胁性最大。我国如此长的公路、水路运输网络对交通、水利、路政等部门对山体滑坡等地质灾害的预警造成了巨大挑战。\n[0004] 现有技术中，大多针对公路水路以及铁路网络的边坡监测都需要专门观测人员进行监测及报警，这种方法实时性差，在遇到危险时，往往不能做出及时有效的预警工作，即使现有的部分自动预警技术也都是将预警的决策权交由专门的人员进行处理。且在易发灾害路段缺少电子警示装置，未能及时将灾害信息传递给过往车辆，易造成灾害后的二次损失。\n[0005] 故开发一种针对山体滑坡泥石流等地质灾害且能够第一时间对灾害进行预警并及时有效的将灾害信息传递给过往灾害路段的人员且不需要人为干预的自动预警系统就显得特别必要。\n发明内容\n[0006] 本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种结构简单、实施方便且避免了人为决策的缺陷，监测结果有效与准确的自然灾害自动预警系统。\n[0007] 一种自然灾害自动预警系统，包括作为优先预警的卫星定位预警系统，作为辅助维护和精确预警的传感器直接预警系统，接收卫星定位预警系统、传感器直接预警系统的反馈信号数据并进行安全评估的安全评价系统，以及根据安全评价系统的评估结果进行预警的预警装置；\n[0008] 进一步的，所述卫星定位预警系统包括位移与定位装置，以及对所述位移与定位装置进行实时监测的卫星定位装置，所述卫星定位装置将监测信号数据传递至所述安全评价系统；\n[0009] 进一步的，所述传感器直接预警系统包括传感器组，接收所述传感器组采集数据的数据并汇总的采集中心，所述数据采集中心将汇总的数据传递至所述安全评价系统。\n[0010] 进一步的，还包括设置有报警装置的监测中心，所述监测中心接收所述安全评价系统的评估结果。\n[0011] 进一步的，所述预警装置设置在自然灾害易发路段的两端。\n[0012] 进一步的，所述传感器组预埋在自然灾害易发路段。\n[0013] 进一步的，所述位移与定位装置为卫星定位传感器，其设置在自然灾害易发路段的边坡上。\n[0014] 进一步的，所述传感器组包括表面位移传感器、雨量计、土压力盒、锚索计和/或孔隙水压计。\n[0015] 进一步的，所述位移与定位装置和传感器组由太阳能供电装置供电，同时，所述位移与定位装置和传感器组还连接有UPS不间断电源。\n[0016] 进一步的，所述预警装置为LED显示屏，红灯，警示灯，电台、扩音器、智能手机中的一种或多种。\n[0017] 上述自然灾害自动预警系统的实现方法，包括以下步骤：\n[0018] （1）卫星定位装置对位移与定位装置的状态进行实时监控；\n[0019] （2）当位移与定位装置发生位移改变或者失去定位信号时，卫星定位装置将该信号数据反馈至安全评价系统；\n[0020] （3）安全评价系统判断位移与定位装置是否正常工作，并作出以下策略：\n[0021] （31）若位移与定位装置正常工作，则调用传感器直接预警系统中传感器组采集的数据，并将调用的数据与接收的位移与定位装置的信号数据相对比分析，判断灾害段是否发生位移；\n[0022] （32）若传感器组反馈的数据同样显示位移，安全评价系统判断该灾害段可能存在灾害风险，同时传递信息给预警装置和监测中心，进入三级预警状态；\n[0023] （33）若传感器组中的部分传感器数据正常，其余异常，则安全评价系统直接判断该灾害路段已发生自然灾害，传递信息给预警装置和监测中心，进入二级预警状态；\n[0024] （34）若传感器组工作异常或无法工作，则安全评价系统直接判断该灾害路段已发生大型自然灾害，传递信息给预警装置和监测中心，进入一级预警状态。\n[0025] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：\n[0026] （1）本发明结合了卫星定位预警系统与传统传感器预警系统，不仅具有卫星监测的快速性，同时，又具有传统传感器监测的准确性，及时、有效、准确的保证对自然灾害的预警，减少因自然灾害带来的损失。\n[0027] （2)采用本发明能够在将预警数据传递给相关部门的同时第一时间将预警信息显示在灾害易发路段的预警装置上，无需人工决策与干预，避免因预警不及时或预警延时而造成的二次损失。\n[0028] （3）本发明将卫星定位预警和传感器直接预警相结合，卫星定位预警系统作为优先预警，而传感器直接预警系统作为辅助维护与精确预警，当发生较大灾害时，传感器直接预警系统通常会被直接损毁，此时卫星定位预警则更及时有效，从而确保了预警的及时性与准确性。\n附图说明\n[0029] 图1为本发明的系统框图。\n[0030] 图2为本发明中预警装置的安装位置示意图。\n[0031] 图3为本发明-实施例的结构示意图。\n[0032] 其中，附图标记对应的名称如下：1-雨量计；2-锚索计a， 3-卫星定位传感器a；4-导轮式固定测斜仪a；5-锚索计b；6-卫星定位传感器b；7-导轮式固定测斜仪b；8-拉线位移传感器a；9-锚索计c；10-导轮式固定测斜仪c；11-拉线位移传感器b；12-卫星定位传感器c；\n13-土压力盒；14-挡土墙；15-孔隙水压计a；16-孔隙水压计b；17-孔隙水压计c；18-地质稳定层；19-地质松散层；20-表面土壤层；21-太阳能供电装置。\n具体实施方式\n[0033] 下面结合实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。\n实施例\n[0034] 如图1所示，本实施例提供了一种自然灾害自动预警系统，该预警系统包括有卫星定位预警系统和传感器直接预警系统，安全评价系统，预警装置，监测中心；卫星定位预警系统和传感器直接预警系统的反馈数据由安全评价系统接收，然后由安全评价系统评估结果，然后将评估结果传递至预警装置和监测中心。本实施例通过卫星定位与网络监测相结合的方式，在保证监测结果有效与准确的同时，又能够将灾害信息及时传递给监测中心、救灾等相关部门，且能够在第一时间自动将灾害信息发送给易发公路段两侧的实时预警装置，无需人为干预，第一时间提醒过往车辆，有效地避免了因滑坡泥石流等自然灾害引发的二次损失。\n[0035] 其中，卫星定位预警系统为优先预警系统，其包括有位移与定位装置，以及对位移与定位装置进行实时监测的卫星定位装置；位移与定位装置为卫星定位传感器，其设置在自然灾害易发路段的边坡上，卫星定位装置通过对定位传感器的实时定位监控来对滑坡、泥石流等自然灾害进行监控，一旦某一坡面上的定位传感器发生位移改变或者失去定位信号，安全评价系统对其进行安全评价。\n[0036] 传感器直接预警系统作为辅助预警系统，其原因在于，在发生较重大灾害时，传感器直接预警系统易被损坏，导致无法正常工作；传感器直接预警系统与卫星定位预警系统配合使用，共同构成本发明中的预警系统。传感器直接预警系统包括传感器组，接收传感器组采集数据的数据并汇总的采集中心；传感器组预埋在自然灾害易发路段，其包括但不限于下列传感器：表面位移传感器、雨量计、土压力盒、锚索计和/或孔隙水压计；通过上述传感器对易发边坡进行实时在线数据采集，并将采集的数据通过网络发生给数据采集中心，数据采集中心将汇总的测量数据传递给安全评价系统。\n[0037] 预警装置为LED显示屏，红灯，警示灯，手机短信，电台广播、扩音器、手机客户端中的一种或多种，预警装置设置在自然灾害易发路段的两端，如图2所示，通过预警装置及时对过往车辆进行灾害预警，可避免灾害造成的损失。\n[0038] 本实施例中，位移与定位装置和传感器组由太阳能供电装置供电，同时，位移与定位装置和传感器组还连接有UPS不间断电源。通过上述设置，保证传感器太阳能供电不住或者灾害发生时的传感器供电。\n[0039] 本实施例中，还包括设置有报警装置的监测中心，监测中心接收所述安全评价系统的评估结果。通过上述设置，安全评价系统将评估结果传递给监测中心与客户端，并开启监测中心的报警装置，提醒相关人员采取相应的措施。\n[0040] 为了使得本领域技术人员对本发明的了解更清晰，下面结合实例进行说明：\n[0041] 如图3所示，卫星定位预警系统通过将若干定位传感器3，定位传感器6和定位传感器12安装于自然灾害易发路段的边坡面上，卫星定位装置通过对定位传感器a，定位传感器b和定位传感器c的实时定位监控来对滑坡、泥石流等自然灾害进行监控，一旦某一坡面上的定位传感器a，定位传感器b和定位传感器c其中任何一个传感器发生位移改变或者失去定位信号，安全评价系统立即对其进行安全评价。\n[0042] 传感器直接预警系统包括传感器组和数据采集中心。其中，传感器组包括雨量计\n1，锚索计a，锚索计b和锚索计c，拉线位移传感器a，拉线位移传感器b，土压力盒13，导轮式固定测斜仪a，导轮式固定测斜仪b和导轮式固定测斜仪c，孔隙水压计a，孔隙水压计b和孔隙水压计c。\n[0043] 其中，雨量计1安装于边坡空旷处，用于对边坡环境进行监测，且用于对边坡面的自然灾害进行预判；\n[0044] 锚索计a用于测量边坡表面土壤层20到地质稳定层18之间的锚索所受压力；锚索计b用于测量边坡表面土壤层20到地质松散层19之间的锚索所受压力；锚索计c用于测量边坡表面土壤层20间的锚索所受压力；\n[0045] 拉线位移传感器a和拉线位移传感器a1安装在边坡面的底端两台阶面上，用于对边坡表面及整体的变形进行监测；\n[0046] 土压力盒13安装在挡土墙14与表面土壤层20的接触面内，用于测量整个坡面的压力变化；\n[0047] 导轮式固定测斜仪a与孔隙水压计c配合，安装在穿过边坡表面层20、地质松散层\n19、地质稳定层18的长孔内，导轮式固定测斜仪a用于对边坡三个地质层的变形进行监测，孔隙水压计c用于测量地质稳定层18的孔隙水压力或渗透压力；\n[0048] 导轮式固定测斜仪b与孔隙水压计b配合，安装在穿过边坡表面层20、地质松散层\n19的长孔内，导轮式固定测斜仪b用于对边坡两个地质层的变形进行监测，孔隙水压计b用于测量地质松散层19的孔隙水压力或渗透压力；\n[0049] 导轮式固定测斜仪c与孔隙水压计a配合，安装在穿过边坡表面层20的长孔内，导轮式固定测斜仪c用于对边坡表面地质层的变形进行监测，孔隙水压计a用于测量表面土壤层20的孔隙水压力或渗透压力。\n[0050] 预警装置将灾害程度划分为三个等级：\n[0051] 一级预警状态\n[0052] 表示灾害段发生大型自然灾害,存在巨大灾害风险，封锁灾害段，并引导通行人员与车辆绕行；\n[0053] 二级预警状态\n[0054] 表示灾害段发生自然灾害，但程度较轻，等待相关部门引导通行；\n[0055] 三级预警状态\n[0056] 表示灾害段可能发生自然灾害，谨慎通行。\n[0057] 灾害预警系统当发生较大灾害时，传感器直接预警系统通常会被直接损毁，不能正常工作也不能传递测量数据，故卫星定位预警系统作为优先预警，而传感器直接预警系统作为辅助维护与精确预警，以保证预警的及时性与准确性。\n[0058] 针对三种预警状态对应的情况如下：\n[0059] 当定位传感器存在信号但发生小位移时,安全评价系统首先判断传感器直接预警系统是否正常工作，如工作正常则立即调用传感器直接预警系统数据采集中心中雨量计1，锚索计a，锚索计b和锚索计c，拉线位移传感器a和拉线位移传感器b，土压力盒13，导轮式固定测斜仪a, 导轮式固定测斜仪b和导轮式固定测斜仪c，孔隙水压计a，孔隙水压计b和孔隙水压计c等传感器组采集的数据，并对其进行对比分析，确认灾害段是否发生位移，若传感器组反馈的数据同样显示位移，则安全评价系统判断该灾害段可能存在灾害风险,传递信息给预警装置，进入三级预警状态，同时通知相关部门，派遣适量养护人员对该灾害段进行养护，消除安全隐患。若传感器组反馈的数据未显示位移，则定位装置可能异常，安全评价系统传递信息给相关部门，对预警系统进行检测。\n[0060] 当定位传感器存在信号但发生大位移时, 安全评价系统首先判断传感器直接预警系统是否正常工作，如工作正常则立即调用传感器直接预警系统数据采集中心中雨量计\n1，锚索计a，锚索计b和锚索计c，拉线位移传感器a和拉线位移传感器b，土压力盒13，导轮式固定测斜仪a, 导轮式固定测斜仪b和导轮式固定测斜仪c，孔隙水压计a，孔隙水压计b和孔隙水压计c等传感器组采集的数据，并对其进行对比分析，确认灾害段是否发生大位移，若传感器组反馈的数据同样显示灾害段发生大位移，则安全评价系统判断该灾害段可能存在灾害风险,传递信息给预警装置，进入三级预警状态，同时通知相关部门，派遣适量养护人员对该灾害段进行养护，消除安全隐患。若传感器组反馈的数据未显示位移，则定位装置可能异常，安全评价系统传递信息给相关部门，对预警系统进行检测。若传感器直接预警系统工作正常异常，即部分传感器损坏，但仍由部分传感器能正常工作，则安全评价系统直接判断该灾害路段已发生自然灾害，传递信息给预警装置，进入二级预警状态，同时通知相关部门，派遣救援与抢救人员对该灾害段进行处理，同时引导通行人员与车辆通行。\n[0061] 当定位传感器失去信号，安全评价系统首先判断传感器直接预警系统是否正常工作，如工作正常则立即调用传感器直接预警系统数据采集中心中雨量计1，锚索计a，锚索计b和锚索计c，拉线位移传感器a和拉线位移传感器b，土压力盒13，导轮式固定测斜仪a, 导轮式固定测斜仪b和导轮式固定测斜仪c，孔隙水压计a，孔隙水压计b和孔隙水压计c等传感器组采集的数据，并对其进行对比分析，确认灾害段是否发生灾害，若传感器组反馈的数据正常，则定位装置可能异常，安全评价系统传递信息给相关部门，对预警系统进行检测。\n[0062] 若传感器直接预警系统工作正常异常或无法工作，即传感器部分损坏或完全损坏，则安全评价系统直接判断该灾害路段已发生大型自然灾害，传递信息给预警装置，进入一级预警状态，同时通知相关部门，派遣大量救援与抢救人员对该灾害段进行紧急处理，并封锁该灾害段，同时引导通行人员与车辆绕行。\n[0063] 按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的结构基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。