一種公路地質災害面線點多層次綜合預報方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種公路地質災害面線點多層次綜合預報方法。該方法根據公路地質災害涉及面廣，信息量大的特點，以災害可能發(fā)生點為主要監(jiān)測目標，并參考公路所在區(qū)域地質災害的孕育環(huán)境和公路穿越災害可能發(fā)生點附近公路構造的穩(wěn)定性，建立公路地質災害的概念模型、功能模型、數據模型及實現模型，并綜合上述模型數據做出公路地質災害全息預報和實時監(jiān)測預報。本發(fā)明具有良好的層次結構，便于綜合各類與公路地質災害相關的信息；具有良好的擴展性，可納入各種監(jiān)測數據處理、預測預報模型；本發(fā)明的方法具有增值性，隨著數據庫災害信息的不斷增加，豐富并提高災害歷史信息的精度，有利于研究災害要素與成災之間的規(guī)律，從而提高災害預測預報精度。
【專利說明】一種公路地質災害面線點多層次綜合預報方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種公路地質災害面線點多層次綜合預報方法，屬于多信息融合【技術領域】。

【背景技術】
[0002]地質災害造成的公路斷道和交通事故時有發(fā)生，公路地質災害對公路運營產生嚴重的危害。
[0003]公路地質災害預報主要有基于地質災害區(qū)劃的方法和基于位移監(jiān)測的方法；在區(qū)劃方面，根據已發(fā)生災害的歷史信息及區(qū)域地質、氣候等孕育災害環(huán)境信息，利用GIS(Geographic Informat1n System)的空間分析及信息集成的功能研究地質災害的空間分布規(guī)律，結合降雨預報進行區(qū)域地質災害危險性區(qū)劃，實現公路地質災害預報；在基于位移監(jiān)測方面，主要利用位移監(jiān)測數據，根據已有預報預警模型進行地質災害預報。
[0004]公路沿線地質災害的發(fā)生與區(qū)域地質災害孕育環(huán)境、特殊路基勘察設計、施工及可能成災點的動態(tài)變化等各方面信息有關。現有的公路地質災害監(jiān)測預報方法不能充分體現綜合預報、全息預報和實時跟蹤動態(tài)預報，其主要存在問題是方法體系結構不完整，導致不能有機地綜合利用各類信息進行預報。有些方法雖然較好地利用了災害區(qū)域孕育信息，但難以與災害點動態(tài)位移監(jiān)測信息結合；還有些方法主要依賴實時監(jiān)測信息，而對災害區(qū)域環(huán)境信息考慮不足，因此現有預報方法準確性較差。


【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種公路地質災害面線點多層次綜合預報方法，以提高公路地質災害預報的準確性。
[0006]本發(fā)明的技術方案:
一種公路地質災害面線點多層次綜合預報方法，該方法根據公路地質災害涉及面廣，信息量大的特點，以災害可能發(fā)生點為主要監(jiān)測目標，并參考公路所在區(qū)域地質災害的孕育環(huán)境和公路穿越災害可能發(fā)生點附近公路構造的穩(wěn)定性，建立公路地質災害的概念模型、功能模型、數據模型及實現模型，并綜合上述模型數據做出公路地質災害全息預報和實時監(jiān)測預報。
[0007]前述方法中，所述概念模型通過樹狀拓撲結構將災害可能發(fā)生點的監(jiān)測數據、公路所在區(qū)域地質災害的孕育環(huán)境數據以及公路穿越災害可能發(fā)生點附近公路構造的穩(wěn)定性數據匯集到樹根；樹狀拓撲結構中樹枝的N個節(jié)點表示檢測到的與公路地質災害發(fā)生有關的N種未經處理的原始數據，并在局部節(jié)點分別對未經處理的原始數據做出局部檢測判決，然后通過樹干將離散的原始數據和局部檢測判決信息傳遞至樹根，由樹根依據信息融合的基本理論對公路地質災害做出全局的綜合預報。
[0008]前述方法中，所述功能模型具有數據采集與預處理、災害狀態(tài)評估和災害危險度估計功能；并通過上述功能對公路地質災害做出綜合評估。
[0009]前述方法中，所述數據模型是面向數據集和操作集的實體，是數據與方法的集合；實體是地質災害監(jiān)測預報系統(tǒng)中人、地點、對象、事件或概念的總稱；參與公路地質災害監(jiān)測預報的實體分為地質災害、區(qū)域環(huán)境、災害監(jiān)測、設計施工、預報預警五個基本類別；數據模型含概了災害點內在的物質結構、外部的區(qū)域環(huán)境、人為施工等數據，并明確了公路地質災害預報預警與各類實體要素之間的關系，通過數據模型可綜合評估災害可能發(fā)生所表現的各類信息有依據的對地質災害做出準確的預報。
[0010]前述方法中，所述實現模型是由數據層、邏輯層和應用層構成的ArcGIS Server開發(fā)框架，數據層采用關系數據庫SQL Server、或SDE空間數據庫，邏輯層的客戶端采用瀏覽器/服務器(B/S)結構，應用層根據功能需要采用模塊設計方式。數據層包括矢量的、柵格的、屬性的、文件的等各種數據類型，邏輯層包括點線面各種方法模型、規(guī)范標準，應用層包括提供給用戶的各種應用界面，數據層利用GIS提供的數據管理工具實現數據儲存和讀取，模型計算結果及參數由邏輯實現計算及推理，其最終結果通過WWW網提供給用戶。
[0011]與現有技術相比，本發(fā)明具有良好的層次結構，便于綜合各類與公路地質災害相關的信息；具有良好的擴展性，可納入各種監(jiān)測數據處理、預測預報模型；本發(fā)明的方法具有增值性，隨著數據庫災害信息的不斷增加，豐富并提高災害歷史信息的精度，有利于研究災害要素與成災之間的規(guī)律，從而提高災害預測預報精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明中的概念模型圖；
圖2是本發(fā)明中的功能模型圖；
圖3是本發(fā)明中的數據模型圖；
圖4是本發(fā)明中的實現模型圖。

【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但不作為對本發(fā)明的任何限制。
[0014]一種公路地質災害面線點多層次綜合預報方法，該方法根據公路地質災害涉及面廣，信息量大的特點，以災害可能發(fā)生點為主要監(jiān)測目標，并參考公路所在區(qū)域地質災害的孕育環(huán)境和公路穿越災害可能發(fā)生點附近公路構造的穩(wěn)定性，建立公路地質災害的概念模型、功能模型、數據模型及實現模型，并綜合上述模型數據做出公路地質災害全息預報和實時監(jiān)測預報。
[0015]如圖1所示，所述概念模型通過樹狀拓撲結構將災害可能發(fā)生點的監(jiān)測數據、公路所在區(qū)域地質災害的孕育環(huán)境數據以及公路穿越災害可能發(fā)生點附近公路構造的穩(wěn)定性數據匯集到樹根；樹狀拓撲結構中樹枝的N個節(jié)點表示檢測到的與公路地質災害發(fā)生有關的N種未經處理的原始數據，并在局部節(jié)點分別對未經處理的原始數據做出局部檢測判決，然后通過樹干將離散的原始數據和局部檢測判決信息傳遞至樹根，由樹根依據信息融合的基本理論對公路地質災害做出全局的綜合預報。
[0016]如圖2所示，所述功能模型具有數據采集與預處理、災害狀態(tài)評估和災害危險度估計功能；并通過上述功能對公路地質災害做出綜合評估。
[0017]如圖3所示，所述數據模型是面向數據集和操作集的實體，是數據與方法的集合；實體是地質災害監(jiān)測預報系統(tǒng)中人、地點、對象、事件或概念的總稱；參與公路地質災害監(jiān)測預報的實體分為地質災害、區(qū)域環(huán)境、災害監(jiān)測、設計施工、預報預警五個基本類別；數據模型含概了災害點內在的物質結構、外部的區(qū)域環(huán)境、人為施工等數據，并明確了公路地質災害預報預警與各類實體要素之間的關系，通過數據模型可綜合評估災害可能發(fā)生所表現的各類信息有依據的對地質災害做出準確的預報。
[0018]如圖4所示，所述實現模型是由數據層、邏輯層和應用層構成的ArcGIS Server開發(fā)框架，數據層采用關系數據庫SQL Server、或SDE空間數據庫，邏輯層的客戶端采用瀏覽器/服務器(B/S)結構，應用層根據功能需要采用模塊設計方式。數據層包括矢量的、柵格的、屬性的、文件的等各種數據類型，邏輯層包括點線面各種方法模型、規(guī)范標準，應用層包括提供給用戶的各種應用界面，數據層利用GIS提供的數據管理工具實現數據儲存和讀取，模型計算結果及參數由邏輯實現計算及推理，其最終結果通過WWW網提供給用戶。
實施例
[0019]公路地質災害具有如下特點:1、受公路施工削坡、坡腳開挖、爆破等影響較大；2、潛在災害點一般會采取錨桿、抗滑樁、擋墻等防護措施；3、便于采取災害監(jiān)測措施。因此，進行公路地質災害預報比一般山地地質災害的預報涉及的信息量更多，更為復雜。面線點綜合預報方法的基本思想是:以災害點為目標，以災害點監(jiān)測數據為主要依據，在預測評估災害點危險性時參考點所在線與面的穩(wěn)定性評估，在進行公路沿線的災害評估時，參考線所在區(qū)域的地質災害孕育環(huán)境。
[0020]本例針對公路地質災害上述特點，構建了公路地質災害多層次綜合預報方法的概念模型、系統(tǒng)功能關系模型、數據模型、及實現模型，從概念層、功能層、數據層及實現層建立了較為完整的公路地質災害面線點多層次綜合預報方法體系，各層次設計如下:
一、概念模型的設計
依據信息融合的基本理論，采用樹狀拓撲結構，樹中的N個節(jié)點表示檢測到的與公路地質災害發(fā)生有關的N種未經處理的原始數據，在局部節(jié)點分別做出局部檢測判決，然后在檢測中心通過融合得到全局決策，在這種結構中，信息傳遞處理流程是從所有的樹枝到樹根，最后，在樹根即融合節(jié)點，融合從樹枝傳來的局部判決和自己的檢測，做出全局判決，從而實現公路地質災害綜合預報。
[0021]如圖1所示，圖中地質災害因子集H包括各類孕育地質災害自然環(huán)境與人工環(huán)境，如地層、氣候、公路施工等，S1, S2……S1、Sn為一種或多種地質災害因子表征信息或因子監(jiān)測信息，如S1表示來源于災害點監(jiān)測信息，S2表示來源于公路施工所產生的災害因素，Si和Sn表示其它如地層、氣候等原因產生的災害因素。圖中Ub表示利用一種或多種類型信息所得到的區(qū)域地質災害穩(wěn)定性評估結論，如常用的是區(qū)域降雨對地質災害影響的評估。1^表示利用S2及Ub所得到的公路沿線地質災害評價結論，災害點的評價與預測結論U a綜合了S1、Ua&UB的信息，概念模型中公路沿線地質災害評估綜合了區(qū)域災害危險性評價，地質災害點又綜合了線及面的評價結論。因此，面線點公路地質災害監(jiān)測預報系統(tǒng)是一種多層次綜合系統(tǒng)。
[0022]二、功能模型的設計根據信息融合的功能模型，信息融合可分為5個層次,第一層次為檢測、判決融合；第二層次為空間或位置融合；第三層次為屬性融合；第四層次為態(tài)勢評估；第五層次為威脅度估計，本例主要是用于公路地質災害預報，并涉及災害損失，重點在于態(tài)勢評估，在設計時把第四、第五層次合并為一個層次，同時，把第一、第二層次設計為一個層次，故本例的功能模型設計為三個層次。
[0023]如圖2所示，圖中第一層次包括框①?③和⑥?⑧內的內容，其功能為數據采集、預處理以及數據組織，框①為災害預報提供災害孕育信息源，所用的采集手段主要有雷達、聲吶、TDR (時間域反射監(jiān)測)、鉆孔測斜、雨量監(jiān)測以及其他監(jiān)測手段；框②對所采集的信息源進行數據可靠性分析，所采取的主要方法包括檢測和門限判斷；框③對所采集的可靠的數據進行數據校準以及位置配合，所采取的主要方法包括信息關聯(lián)、合成和配準，在關聯(lián)處理中，通常根據表示數據間的關聯(lián)程度分析，如降雨與地下滲水之間的相關分析，合成和配準是把傳感器的觀測值變換為公共坐標系，包括坐標變換、時間變換、單位變換等，如區(qū)域降水量的匹配；框⑥和⑧分別為檢測數據庫和基礎數據庫，框⑦為數據管理，主要包括數據增加、更新、合并和監(jiān)測；第二層次包括框④和⑩的內容，其功能為面、線和點的危險性評估，框④為面和線的危險性評估，主要方法為區(qū)域危險性區(qū)劃、公路危險性區(qū)劃和分級推理，框⑩為災害點評估，主要方法有基于位移的預測、基于降雨的預測以及其他預測模型的預測，這部分主要是單一模型評價結論，但這些模型中可以綜合其他模型結論；第三層次包括框⑨、⑩？？和①，其功能為危險度估計和決策，災害預警、災害處理措施的選擇，框⑨為危險度估計，其主要內容有危險度確定、指示與報警及應急措施，其中危險度確定采取的模型有基于D-S (證據)判斷、模糊積分、專家知識等各類綜合模型，通過危險度的估計進一步修正或選擇框⑩中的災害點評估方法，同時進行框？？采集管理決策進而選擇框①中信息采集方法，框？？采集管理主要包括任務、任務優(yōu)先、資源可用性和等級分配等決策。
[0024]三、數據模型的設計
采用面向對象的方法設計面線點綜合預報數據模型，面向對象方法的基本出發(fā)點是盡可能按照人們認識世界的方法和思維方式來分析和解決問題，對象是包含數據集和操作集的實體。地質災害預報是通過預報模型實現的，每一種預報模型的實質均是一種綜合評估災害可能發(fā)生所表現的各類信息的方法，引起這些信息的因素有災害點內在的物質結構、外部的區(qū)域環(huán)境、人為施工等各方面，依據地質災害預報的基本方法，把參與公路地質災害監(jiān)測預報的各實體分為5個基類(一級類別)，它們分別為地質災害、區(qū)域環(huán)境、災害監(jiān)測、設計施工、預報預警。
[0025]如圖3所示，本例中把地質災害監(jiān)測預報系統(tǒng)中人、地點、對象、事件或概念稱之為實體，實體是數據與方法的集合，實體的相互關系反映系統(tǒng)內部各事物之間的聯(lián)系，圖中，雙線矩形框“O”表示弱實體，弱實體是依賴于其他實體類型而存在的實體，單線矩形框“O”表示強實體，強實體是不依賴于其他實體類型而獨立存在的實體，菱形框“O”表示聯(lián)系，聯(lián)系表示實體類型之間的有意義的關聯(lián)，矩形框內加菱形“S3”表示關聯(lián)實體，關聯(lián)實體表示關聯(lián)一個或多個實體類型的實例之間的實體類型，同時包含特屬于實體實例間聯(lián)系的屬性，符號表示可選多重關聯(lián)，符號表示強制多重聯(lián)系，在本例中預報預警為關聯(lián)實體，它與預報預警對象地質災害關聯(lián)，其所預報預警的非單一災種，因此它們之間為強制多重關聯(lián)關系，在進行預報預警過程中必須考慮多種區(qū)域因素，故與區(qū)域因素實體也是強制多重關聯(lián)，同時它還涉及監(jiān)測結果和防治效果有關，與效果結論及監(jiān)測結果實體也具有多重關聯(lián)；針對地質災害可能采用一種或多種災害監(jiān)測及設計施工方案，因此，地質災害實體與災害監(jiān)測及設計施工實體為可選多重關聯(lián)；當進行災害監(jiān)測便要確定相應的監(jiān)測方法，通過對監(jiān)測數據處理分析得到監(jiān)測結果，在此，通過處理分析關聯(lián)實體關聯(lián)監(jiān)測方法和監(jiān)測結果實體，同樣通過方案評價關聯(lián)實體關聯(lián)防治措施與效果結論實體。
[0026]四、實現模型的設計
由于面線點多層次綜合預報方法涉及多種地理屬性及圖形圖像數據，采用ArcGISServer所提供的開發(fā)框架是可行的，其系統(tǒng)架構由邏輯層、應用層和數據層組成。邏輯層客戶端采用游覽器/服務器(B/S)的結構，數據層可采用關系數據庫SQL Server.SDE空間數據庫，應用層根據功能需要采用模塊設計方式。
[0027]如圖4所示，圖中數據層包括地質災害地理位置、基本特征、環(huán)境條件、防治措施方面的基本數據及信息，這些信息有以矢量圖層表示的，如公路網圖層、監(jiān)測網圖層以及其它圖層，除以上數據還包括災害監(jiān)測所產生的實時動態(tài)數據以及監(jiān)測儀器型號、方法參數等靜態(tài)數據；邏輯層的預報預警模型方法庫是該層的核心，方法實現的數據由SQL Server(關系數據庫)提供，關系數據庫組織基礎信息、監(jiān)測信息、以及通過ArcSDE (矢量數據轉換引擎)轉換后的矢量圖層信息，同時也鏈接地質災害勘察、施工設計等方面規(guī)范標準庫、項目管理庫及由一般災害點和重點災害點組成的項目庫，通過WWW網與關系數據庫鏈接把預測預報結果發(fā)送給應用層；應用層包括基礎信息管理、地質災害區(qū)劃、地質災害預警、邊坡穩(wěn)定性評價、地質災害預報、地圖操作以及地質災害監(jiān)測；通過上述分析可見:數據層利用GIS提供的數據管理工具實現數據儲存和讀取，模型計算結果及參數由邏輯實現計算及推理，其最終結果通過WWW網提供給用戶，上述三層的核心是邏輯層，它負責數據組織和預報預警方法的實現。
【權利要求】
1.一種公路地質災害面線點多層次綜合預報方法，其特征在于:該方法根據公路地質災害涉及面廣，信息量大的特點，以災害可能發(fā)生點為主要監(jiān)測目標，并參考公路所在區(qū)域地質災害的孕育環(huán)境和公路穿越災害可能發(fā)生點附近公路構造的穩(wěn)定性，建立公路地質災害的概念模型、功能模型、數據模型及實現模型，并綜合上述模型數據做出公路地質災害全息預報和實時監(jiān)測預報。
2.根據權利要求1所述方法，其特征在于:所述概念模型通過樹狀拓撲結構將災害可能發(fā)生點的監(jiān)測數據、公路所在區(qū)域地質災害的孕育環(huán)境數據以及公路穿越災害可能發(fā)生點附近公路構造的穩(wěn)定性數據匯集到樹根；樹狀拓撲結構中樹枝的N個節(jié)點表示檢測到的與公路地質災害發(fā)生有關的N種未經處理的原始數據，并在局部節(jié)點分別對未經處理的原始數據做出局部檢測判決，然后通過樹干將離散的原始數據和局部檢測判決信息傳遞至樹根，由樹根依據信息融合的基本理論對公路地質災害做出全局的綜合預報。
3.根據權利要求1所述方法，其特征在于:所述功能模型具有數據采集與預處理、災害狀態(tài)評估和災害危險度估計功能；并通過上述功能對公路地質災害做出綜合評估。
4.根據權利要求1所述方法，其特征在于:所述數據模型是面向數據集和操作集的實體，是數據與方法的集合；實體是地質災害監(jiān)測預報系統(tǒng)中人、地點、對象、事件或概念的總稱；參與公路地質災害監(jiān)測預報的實體分為地質災害、區(qū)域環(huán)境、災害監(jiān)測、設計施工、預報預警五個基本類別；數據模型含概了災害點內在的物質結構、外部的區(qū)域環(huán)境、人為施工等數據，并明確了公路地質災害預報預警與各類實體要素之間的關系，通過數據模型可綜合評估災害可能發(fā)生所表現的各類信息有依據的對地質災害做出準確的預報。
5.根據權利要求1所述方法，其特征在于:所述實現模型是由數據層、邏輯層和應用層構成的ArcGIS Server開發(fā)框架,數據層采用關系數據庫SQL Server、或SDE空間數據庫，邏輯層的客戶端采用瀏覽器/服務器(B/S)結構，應用層根據功能需要采用模塊設計方式。
6.數據層包括矢量的、柵格的、屬性的、文件的等各種數據類型，邏輯層包括點線面各種方法模型、規(guī)范標準，應用層包括提供給用戶的各種應用界面，數據層利用GIS提供的數據管理工具實現數據儲存和讀取，模型計算結果及參數由邏輯實現計算及推理，其最終結果通過WWW網提供給用戶。
【文檔編號】G06Q10/04GK104134093SQ201410130873
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年4月2日 優(yōu)先權日:2014年4月2日
【發(fā)明者】龍萬學, 杜鑌, 凌桂香, 何文勇, 趙振宇, 魏曉楠, 廖斌, 李春峰, 曾慶展, 向一鳴 申請人:貴州省交通規(guī)劃勘察設計研究院股份有限公司