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专利号: 2022110154566
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-22
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种山洪泥石流高隐患区监测预警系统,包括主服务器(1)、数据采集模块(2)以及信号输送塔(3),其特征在于:所述主服务器(1)内安装有监测预警软件(4),所述监测预警软件(4)的内部设置有数据处理单元(5)、等级判断单元(6)以及预警单元(7),所述数据采集模块(2)包括固定连接在保护壳体(201)内部的检测传感器组(202)、保护连接在安装壳体(201)底部中心处的固定锚钉(203)、固定连接在保护壳体(291)顶部的无线信号传输器(204)以及安装在保护壳体(201)内部的蓄电池(205)。

2.根据权利要求1所述的一种山洪泥石流高隐患区监测预警系统,其特征在于:所述主服务器(1)、数据采集模块(2)均通过5G数据网络与信号输送塔(3)相连接,所述检测传感器组(202)、无线信号传输器(204)均通过导线与蓄电池(205)电性连接在一起。

3.根据权利要求1所述的一种山洪泥石流高隐患区监测预警系统,其特征在于:所述检测传感器组(202)包括降雨量传感器、孔隙水压力传感器、GPS定位仪以及声波采集器,所述保护壳体(201)由不锈钢制成,所述保护壳体(201)的顶部且在无线信号传输器(204)对应位置处安装有保护罩,且保护罩由透波材料制成。

4.根据权利要求1所述的一种山洪泥石流高隐患区监测预警系统,其特征在于:所述数据处理单元(5)的具体分析步骤为:

S1,信号输送塔(3)将数据采集模块(2)收集的数据通过5G信号网络输入主服务器(1)内安装的监测预警软件(4)中,监测预警软件(4)中的数据处理单元(5)从网络中下载监测区域的卫星云图,并统计监测区域在规定时间内的上方的积雨云层数量,使用激发雨量公式计算出激发雨量,将激发雨量带入预警雨量公式中计算出该区域的预警雨量,将降雨量传感器检测的实际降雨量带入平均值计算公式中,得到平均实际降雨量;

S2,数据处理单元(5)调取检测区域的地形图,通过测量地形图得到监测区域的纵降比、阻力系数、水力半径以及山洪流量系数,使用流速公式计算出监测区域泥石流的预测流速,并使用山洪泥石流重度公式计算出预测的孔隙水压力,将孔隙水压力传感器检测的实际孔隙水压力带入平均值计算公式中,得到平均实际孔隙水压力;

S3,数据处理单元(5)将检测传感器组(202)会采集周围的声音波形得到波形图像中剔除背景噪声特征,得到冲击图像波形,并提取得到冲击波形的特征频率,把特征频率带入声波冲击能量公式中,得到声波的能量系数和冲击能量比;

S4,数据处理单元(5)将预测流速输入动能计算公式 (其中Gc为山洪

泥石流重度,ms为阻力系数、h为泥石流半径),计算出泥石流预测动能,再将预测动能输入范围计算公式 (其中ms为阻力系数、h为泥石流半径,L为泥石流流动距离),计算出泥石流的预测流动范围。

5.根据权利要求1所述的一种山洪泥石流高隐患区监测预警系统,其特征在于:所述等级判断单元(6)的具体分析过程为:数据处理单元(5)将处理得到的预警雨量、预警孔隙水压力、声波能量系数以及冲击能量比输入等级判断单元(6)中,等级判断单元(6)把预警雨量与激发雨量带入第一概率公式中,计算出第一爆发概率,接着将预警孔隙水压力和孔隙水压力传感器的数据带入第二概率公式中,计算出第二爆发概率,再将声波能量系数以及冲击能量比输入第三概率公式内,计算出第三爆发概率,当第一爆发概率、第二爆发概率以及第三爆发概率中的任意一项超过0.95,则向预警单元(7)中输入三级警报,当第一爆发概率、第二爆发概率以及第三爆发概率中的任意两项超过0.93,则向预警单元(7)中输入二级警报,当第一爆发概率、第二爆发概率以及第三爆发概率均超过0.90,则向预警单元(7)中输入一级警报。

6.根据权利要求1所述的一种山洪泥石流高隐患区监测预警系统,其特征在于:所述预警单元(7)的具体分析步骤为:预警单元(7)接收到三级警报时,预警单元(7)会通过信号输送塔(3)向以监测区域为圆心,半径为L的圆形区域内的电视台和广播站发送预警信息,频率为每24h发送一次,预警单元(7)接收到二级警报时,预警单元(7)会通过信号输送塔(3)向以监测区域为圆心,半径为1.5L的圆形区域内的用户手机发送预警信息,频率为每12h发送一次,预警单元(7)接收到一级警报时,预警单元(7)会通过信号输送塔(3)拨打以监测区域为圆心,半径为1.5L的圆形区域内的用户手机,并在接通后播放预警语音,频率为每6h拨打一次。

7.根据权利要求4所述的一种山洪泥石流高隐患区监测预警系统,其特征在于:所述S1中激发雨量公式为 预警雨量公式为

其中R激为激发雨量(单位为mm/10min),R警为预警雨量(单位为mm/10min),S为规定时间内的上方的积雨云层数量,Rt为监测区域的年平均降雨量(单位为mm/10min)。

8.根据权利要求4所述的一种山洪泥石流高隐患区监测预警系统,其特征在于:所述S2中流速公式为 山洪泥石流重度公式为 其中Vc为

泥石流预测流速,Gc为山洪泥石流重度,ms为阻力系数,h为泥石流半径,Ic为纵降比,γw为水的重度, 为山洪流量系数,Gc、ms、h以及 均根据水利学计算取值方法确定,Pc为预测的孔隙水压力。

9.根据权利要求4所述的一种山洪泥石流高隐患区监测预警系统,其特征在于:所述S3中声波冲击能量公式为: 其中为rs1为冲击能量比,e∫为声波能量系数,f为冲击波形的特征频率,E(f)为频率的能量谱,f1a为泥石流冲击信号特征频域范围的下边界值(常取0.05),f1b为泥石流冲击信号特征频域范围的上边界值(常取3),fsa为水流冲击信号特征频域范围的下边界值(常取300),fsb为水流冲击信号特征频域范围的上边界值(常取600)。

10.根据权利要求5所述的一种山洪泥石流高隐患区监测预警系统,其特征在于:所述第一概率公式为: 其中R实为平均实际降雨量(mm/10min),第二概率公式为:其中P为平均实际孔隙水压力,第三概率公式为: