一種公路山體滑坡信息采集和預警系統的制作方法

本發明涉及公路環境災害預警的技術領域，具體而言涉及一種公路山體滑坡信息采集和預警系統。

背景技術：

安全是公路運輸之本，我國絕大多數公路途徑地質情況不優越的地區，因此對安全保障體系提出了更高的要求。而在影響公路安全運行的環境災害中，山體滑坡是一種發生頻率高、危害性大的環境災害。因此，有效獲取山體滑坡信息，對山體滑坡災害程度進行合理評估，能夠為公路線路的安全運行提供保障。

技術實現要素：

本發明目的在于提供一種公路山體滑坡信息采集和預警方法，旨在實現對公路沿線的山體滑坡信息進行采集和分析，實現提前預警，提高公路的行車安全性。

本發明的另一目的在于提供一種公路山體滑坡信息采集和預警裝置。

本發明的上述目的通過獨立權利要求的技術特征實現，從屬權利要求以另選或有利的方式發展獨立權利要求的技術特征。

為達成上述目的，本發明的第一方面提出一種公路山體滑坡信息采集和預警方法，包括以下步驟：

步驟S01：在公路具有傾斜山體的位置布置山體壓力信息采集裝置1和道路邊界平整度信息采集裝置2；

步驟S02：獲取山體壓力信息采集裝置1和道路邊界平整度信息采集裝置2其所在位置的山體壓力信息和路面平整度信息，包括山體平均壓力、山體壓力偏差、路面平均平整度、路段平整度偏差，并以電流信號的形式傳輸至一電流信號/數值信號轉換裝置中3；

步驟S03：電流信號/數值信號轉換裝置3接收前述電流信號，并將前述山體壓力信息和路面平整度信息轉換為相應的山體壓力數值信號和路面平整度數值信號，動態生成山體壓力風險的參考閾值，即根據前述山體壓力信息采集裝置所在位置的歷史壓力平均數據和當前的山體壓力數值信號進行比對，確定當前所在線路位置的壓力風險參考閾值；

步驟S04：判斷前述山體壓力信息采集裝置當前采集的山體壓力數值信號即山體壓力信息是否超出參考閾值區間，如果超過則啟動預警程序，否則重復前述步驟；

步驟S05：在預警啟動后，獲取山體壓力采集裝置所在的空間坐標信息，以對受影響的位置進行地理位置定位；

步驟S07：定位成功后，判斷前述路面平整度信息采集裝置所采集的路面平整度信息，山體壓力信息是否超出參考閾值區間；

步驟S08：如果超過參考閾值區間則啟動一級預警程序；

步驟S09：如果沒有超過參考閾值區間啟動二級預警程序；

步驟S10：將本次預警的山體壓力信息以及路面平整度信息存入歷史數據庫，結束預警。

進一步的實施例中，前述方法更加包含以下步驟：

預先存儲每一個所述山體壓力信息采集裝置所獲取的山體壓力數值信號以及所確定的當前所在線路地區的山體壓力變化范圍參考閾值，形成歷史數據庫。

進一步的實施例中，前述方法中，在所述的預警模式下，其實現包括：

1)一級預警模式，則對路段進行強制管制，控制路段山體滑坡預警位置車輛的進入，為1級的藍色預警；

2)二級預警模式，則對路段通行車輛采取降速措施，并對路段山體滑坡預警位置進行跟蹤排險，為2級的黃色預警；

進一步的實施例中，前述方法中，前述方法的動態生成山體壓力風險值Δf，其具體實現包括：

以前述歷史山體壓力數據F_t為基礎，采用平均算法得到山體壓力平均值

以山體壓力采集裝置所在位置當前的山體壓力信息和山體壓力平均值之間偏差與歷史發生山體滑坡的平均偏差閾值進行判斷當前山體的風險：

如果則判斷當前位置山體存在滑坡風險；

如果則判斷當前位置山體不存在滑坡風險；

進一步的實施例中，前述方法中，動態生成道路邊界平整度值Δh，其具體實現包括：

以前述歷史路面平整度數據h_t為基礎，采用平均算法得到路面平整度平均值

以道路邊界平整度采集裝置所在位置當前的道路邊界平整度信息和道路邊界平整度平均值之間偏差 與歷史發生山體滑坡的平均偏差閾值進行判斷當前山體滑坡是否入侵道路的風險：

如果則判斷當前位置山體滑坡侵入路面，啟動一級預警模式；

如果則判斷當前位置山體滑坡沒有侵入路面，啟動二級預警模式；

進一步的實施例中，前述方法更加包含以下步驟：

以前述歷史山體滑坡災害發生情況數據為基礎，采用聚類算法得到山體壓力信息、路面平整度信息- 山體滑坡災害參考閾值的等級區間分布；

以山體壓力信息采集裝置、道路邊界平整度信息采集裝置所在位置當前的山體壓力信息和路面平整度信息進行判斷，確定其所屬的預警等級；

進一步的實施例中，前述方法更加包含以下步驟：

在啟動預警程序后，還通過無線通訊方式發送道路山體滑坡災害評估信息以及公路應急措施信息，實現與道路管理上位機終端、乘客手機終端的通信。

進一步的實施例中，前述方法更加包含以下步驟：

山體壓力信息采集裝置、道路邊界平整度信息采集裝置分別由壓力傳感器、紅外激光傳感器來實現。

本發明的另一方面提出一種公路山體滑坡信息采集和預警裝置，包括：

分布于公路沿線的山體壓力信息采集裝置和道路邊界平整度信息采集裝置，用于獲取其所在位置的山體壓力信息和道路邊界平整度信息，并以電流信號的形式表達和傳輸；

電流信號/數值信號轉換裝置，用于接收前述的電流信號，并將山體壓力和路面平整度轉換為相應的山體壓力、路面平整度數值信號；

用于動態生成山體滑坡災害風險的參考閾值的裝置，被設置成根據前述山體壓力信息采集裝置和道路邊界平整度信息采集裝置所在位置的歷史山體滑坡災害發生情況數據和當前的山體壓力信息以及道路邊界平整度信息進行比對，確定當前道路的山體滑坡災害參考閾值；

預警程序啟動的決定裝置，被設置成根據前述山體壓力信息采集裝置和道路邊界平整度信息采集裝置當前采集的山體壓力信息和路面平整度超出所生成的參考閾值區間的結果，決定啟動預警程序；

定位裝置，用于根據預警結果獲取發生預警的山體壓力信息采集裝置和道路邊界平整度信息采集裝置所在的空間坐標信息，對受影響的公路線路進行地理位置定位；

存儲裝置，被設置成用于存儲由每一個所述山體壓力信息采集裝置和道路邊界平整度信息采集裝置所獲取的山體壓力信息和路面平整度信息以及所確定的當前所在線路地區的山體滑坡災害參考閾值所形成的歷史數據庫，該歷史數據庫為前述用于動態生成山體滑坡災害風險的參考閾值的裝置提供歷史數據；

控制裝置，被設置用于執行對前述山體壓力信息采集裝置、道路邊界平整度信息采集裝置、電流信號/數值信號轉換裝置、用于動態生成山體滑坡災害風險的參考閾值的裝置、預警程序啟動的決定裝置、定位裝置以及存儲裝置的運行，并且將本次預警對應的山體壓力信息、道路邊界平整度信息以及參考閾值存入歷史數據庫。

進一步的實施例中，前述用于山體滑坡災害預警被設置成根據不同的山體壓力偏差值和道路邊界平整度偏差值區間，控制不同的等級的預警模式。

進一步的實施例中，前述用于動態生成山體滑坡災害風險的參考閾值的裝置被設置成按照下述方式實現參考閾值的動態生成：

以前述歷史山體滑坡災害發生情況數據為基礎，采用聚類算法得到山體壓力信息、路面平整度信息-山體滑坡災害參考閾值的等級區間分布；

以山體壓力信息采集裝置、道路邊界平整度信息采集裝置所在位置當前的山體壓力信息和路面平整度信息進行判斷，確定其所屬的預警等級；

進一步的實施例中，前述系統還包括：

一無線通訊裝置，連接至所述控制裝置，用于無線通訊方式發送山體滑坡災害評估信息以及山體滑坡災害應急措施信息。

進一步的實施例中，前述前述山體壓力信息采集裝置、道路邊界平整度信息采集裝置分別由壓力傳感器、紅外激光傳感器來實現。

進一步的實施例中，前述系統還包括：

一計算機處理裝置，連接至前述的控制模塊，該計算機處理裝置包括接口單元、操作面板和指示單元，其中：

前述控制裝置通過前述接口單元提供的USB接口與計算機處理裝置連接，實現計算機處理裝置與控制裝置之間的通信；

操作面板以觸控式顯示屏實現，用以接收用戶輸入的對前述控制裝置的操作指令；

指示單元用以監控前述山體壓力信息采集裝置、道路邊界平整度信息采集裝置、電流信號/數值信號轉換裝置、存儲裝置、預警程序啟動的決定裝置以及無線通訊裝置的工作狀況，例如山體壓力信息采集裝置是否工作正常，無線通訊裝置的信息傳輸是否正常等，并表征給用戶，例如可通過指示燈或者文本框的形式顯示工作狀態。

由以上本發明的技術方案可知，本發明的有益效果在于：

(1)安裝方便、維護簡易。本發明以壓力傳感器作為信息監測器獲取山體波動數據，利用工業單片機作為控制中心，分析所處環境的壓力狀況，利用無線發射模塊發出預警信息，實現了公路山體滑坡信息采集裝置和預警系統的便攜式開發，具有安裝方便的特點。同時，由于整個裝置可采取分散式的布設，也降低了維護的難度。

(2)提高監測的精度。本發明的方案可采取公路山體壓力信息采集、分析以及發送的便攜式集成設計，每一個實施例都是作為一個獨立的系統形式存在，因此可以方便的布設在公路沿線隧道、河流、山谷以及其它一些具有風險的地點，可以根據公路線路具體情況選擇布設精度，提高了公路安全監控的精度。

(3)在確定山體滑坡災害風險的比對閾值區間時，采用動態生成參考閾值的方式來生成，結合歷史的災害發生情況，并在最新的預警發生后不斷地更新歷史情況，從而與歷史數據對比，更加完整而科學地考慮某一地區的風險預評估，使得評估結果更加科學、合理，具有更佳的可信度。

應當理解，前述構思以及在下面更加詳細地描述的額外構思的所有組合只要在這樣的構思不相互矛盾的情況下都可以被視為本公開的發明主題的一部分。另外，所要求保護的主題的所有組合都被視為本公開 的發明主題的一部分。

結合附圖從下面的描述中可以更加全面地理解本發明教導的前述和其他方面、實施例和特征。本發明的其他附加方面例如示例性實施方式的特征和/或有益效果將在下面的描述中顯見，或通過根據本發明教導的具體實施方式的實踐中得知。

附圖說明

附圖不意在按比例繪制。在附圖中，在各個圖中示出的每個相同或近似相同的組成部分可以用相同的標號表示。為了清晰起見，在每個圖中，并非每個組成部分均被標記。現在，將通過例子并參考附圖來描述本發明的各個方面的實施例，其中：

圖1為本發明一實施方式一種公路山體滑坡信息采集和預警系統結構示意圖。

圖2為本發明另一實施方式一種公路山體滑坡信息采集和預警系統結構示意圖。

圖3為本發明一實施方式一種公路山體滑坡信息采集和預警方法的實現流程示意圖。

具體實施方式

為了更了解本發明的技術內容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。

圖1所示的一種公路山體滑坡信息采集和預警系統，硬件部分包括山體壓力信息采集裝置1、道路邊界平整度信息采集裝置2，分布于公路沿線的山體壓力信息采集裝置和道路邊界平整度信息采集裝置，用于獲取其所在位置的山體壓力信息和道路邊界平整度信息，并以電流信號的形式表達和傳輸。

作為可選的實施例，如圖1所示，山體壓力信息采集裝置1和道路邊界平整度信息采集裝置2分別由壓力傳感器、紅外激光傳感器來實現。

電流信號/數值信號轉換裝置3，用于接收前述的電流信號，并將山體壓力和路面平整度轉換為相應的山體壓力、路面平整度數值信號；

用于動態生成山體滑坡災害風險的參考閾值的裝置4，被設置成根據前述山體壓力信息采集裝置1和道路邊界平整度信息采集裝置2所在位置的歷史山體滑坡災害發生情況數據和當前的山體壓力信息以及道路邊界平整度信息進行比對，確定當前道路的山體滑坡災害參考閾值；

預警程序啟動的決定裝置5，被設置成根據前述山體壓力信息采集裝置1和道路邊界平整度信息采集裝置2當前采集的山體壓力信息和路面平整度超出所生成的參考閾值區間的結果，決定啟動預警程序；

定位裝置6，用于根據預警結果獲取發生預警的山體壓力信息采集裝置1和道路邊界平整度信息采集裝置2所在的空間坐標信息，對受影響的公路線路進行地理位置定位；

存儲裝置7，被設置成用于存儲由每一個所述山體壓力信息采集裝置1和道路邊界平整度信息采集裝置2所獲取的山體壓力信息和路面平整度信息以及所確定的當前所在線路地區的山體滑坡災害參考閾值所形成的歷史數據庫，該歷史數據庫為前述用于動態生成山體滑坡災害風險的參考閾值的裝置提供歷史數據；

控制裝置8，被設置用于執行對前述山體壓力信息采集裝置1、道路邊界平整度信息采集裝置2、電流 信號/數值信號轉換裝置3、用于動態生成山體滑坡災害風險的參考閾值的裝置4、預警程序啟動的決定裝置5、定位裝置6以及存儲裝置7的運行，并且將本次預警對應的山體壓力信息、道路邊界平整度信息以及參考閾值存入歷史數據庫。

無線通訊裝置9，連接至所述控制裝置8，用于無線通訊方式發送山體滑坡災害評估信息以及山體滑坡災害應急措施信息。

圖2所示另一實施方式一種公路山體滑坡信息采集和預警系統，增加一計算機處理裝置10，連接至前述的控制模塊8，該計算機處理裝置包括接口單元11、操作面板12和指示單元13，其中：

前述控制裝置8通過前述接口單元11提供的USB接口與計算機處理裝置連接，實現計算機處理裝置10與控制裝置8之間的通信；

作為可選的實施例，操作面板12以觸控式顯示屏實現，用以接收用戶輸入的對前述控制裝置的操作指令；

作為可選的實施例，指示單元13用以監控前述山體壓力信息采集裝置1、道路邊界平整度信息采集裝置2、電流信號/數值信號轉換裝置3、存儲裝置7、預警程序啟動的決定裝置5以及無線通訊裝置9的工作狀況，例如山體壓力信息采集裝置1是否工作正常，無線通訊裝置9的信息傳輸是否正常等，并表征給用戶，例如可通過指示燈或者文本框的形式顯示工作狀態。

圖3為本發明一種公路山體滑坡信息采集和預警方法實現流程示意圖。

作為可選的實施例，如圖3所示，所述公路山體滑坡信息采集和預警實現包括以下過程：

步驟S01：在公路具有傾斜山體的位置布置山體壓力信息采集裝置1和道路邊界平整度信息采集裝置2；

步驟S02：獲取山體壓力信息采集裝置1和道路邊界平整度信息采集裝置2其所在位置的山體壓力信息和路面平整度信息，包括山體平均壓力、山體壓力偏差、路面平均平整度、路段平整度偏差，并以電流信號的形式傳輸至一電流信號/數值信號轉換裝置中3；

步驟S03：電流信號/數值信號轉換裝置3接收前述電流信號，并將前述山體壓力信息和路面平整度信息轉換為相應的山體壓力數值信號和路面平整度數值信號，動態生成山體壓力風險的參考閾值，即根據前述山體壓力信息采集裝置所在位置的歷史壓力平均數據和當前的山體壓力數值信號進行比對，確定當前所在線路位置的壓力風險參考閾值；

步驟S04：判斷前述山體壓力信息采集裝置當前采集的山體壓力數值信號即山體壓力信息是否超出參考閾值區間，如果超過則啟動預警程序，否則重復前述步驟；

步驟S05：在預警啟動后，獲取山體壓力采集裝置所在的空間坐標信息，以對受影響的位置進行地理位置定位；

步驟S07：定位成功后，判斷前述路面平整度信息采集裝置所采集的路面平整度信息，山體壓力信息是否超出參考閾值區間；

步驟S08：如果超過參考閾值區間則啟動一級預警程序；

步驟S09：如果沒有超過參考閾值區間啟動二級預警程序；

步驟S10：將本次預警的山體壓力信息以及路面平整度信息存入歷史數據庫，結束預警。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發明的保護范圍當視權利要求書所界定者為準。