[发明专利]一种空天地监测边坡系统及其失稳风险评估方法

权利要求书

1.一种空天地监测边坡系统，主要由监测数据采集系统、边坡风险实时量化评估模块和边坡监测指标数据预测模块组成。

2.根据权利要求1所述的一种空天地监测边坡系统，其特征在于：所述监测数据采集系统主要包括地面监测站的地面及表层监测模块、边坡土体监测平台和无人机的空中监测平台。

3.根据权利要求1所述的一种空天地监测边坡系统，其特征在于：所述地面监测站的地面及表层监测模块主要由温度传感器、湿度传感器和降雨量传感器组成，温度传感器用于收集地面温度，湿度传感器用于检测空气湿度，降雨量传感器用于检测降雨量数据。

4.根据权利要求1所述的一种空天地监测边坡系统，其特征在于：所述边坡土体监测平台主要包括表面位移传感器、固定杆式测斜仪、分层沉降仪、土压力盒、孔压计和土壤含水量传感器，表面位移传感器用于收集边坡内部表面位移，固定杆式测斜仪用于检测深层位移，分层沉降仪用于检测不均匀沉降，土压力盒用于检测土体压力，孔压计用于检测孔隙水压力，土壤含水量传感器用于检测土层含水率数据。

5.根据权利要求1所述的一种空天地监测边坡系统，其特征在于：所述温度传感器、湿度传感器、降雨量传感器、表面位移传感器、固定杆式测斜仪、分层沉降仪、土压力盒、孔压计和土壤含水量传感器组成监测传感器。

6.根据权利要求1所述的一种空天地监测边坡系统，其特征在于：所述监测传感器所采集上传的数据皆为关于时间上连续的数据，且监测上传频率和时间一致，保证各监测数据时空关联。

7.根据权利要求1所述的一种空天地监测边坡系统，其特征在于：所述监测传感器采集节点采用ZigBee无线网通信方式，实现传感器与基站之间的通信，ZigBee的特点在于其自组网，低速低功耗；基站将接收到的数字信号进行处理后再将数据上传至后台服务器；后台服务器可让用户查询和读取监测信息。无人机通过无线电实现与基站数字影像信号实时传送，以及接收监测系统后台服务器发送的命令。

8.根据权利要求1所述的一种空天地监测边坡系统，其特征在于：所述边坡风险实时量化评估有以下若干步骤：

S1、建立因素集：因素集是由影响边坡失稳因素所组成的一个集合，即；

S2、建立评价集：评价集是评判者对边坡安全性可能作出的各种评判结果所组成的集合，即，各元素为可能作出的评判结果；

S3、建立权重集：在因素集U中，各因素对引致边坡失稳的重要性程度并非一致，为反映各因素的重要程度应对各个因素赋予一相应的权重，即；

S4、模糊评价：用模糊集合表示单因素评判集，为备择集的一个模糊子集，即=。特别地，监测数据不同的数值范围对应不同的边坡失稳风险，首先对所要监测指标的数值范围根据对边坡失稳风险影响程度大小进行区间划分；然后采用专家打分法对相应的数值范围进行隶属度评价；隶属度评价具有以下性质：，。将各单因素评判集的隶属度组合为行组成的矩阵；

S5、模糊综合评判：为考虑所有因素的综合影响，同时结合各个因素的重要程度，作出模糊综合评判，即。

步骤S3、建立权重集，具体的包括以下步骤：

S301、建立递增层次结构：将监测数据及来源层次化，构造一个层次结构模型；

S302、构造两两比较判断矩阵：将同一层的因素与上一层中某个因素两两成对比较，采用1～9及其倒数衡量其重要性，采用相对重要性数字表示两个因素相互比较后的结果。因此n个因素参加比较，则要做次比较；与比较结果相对重要性标度为1时表示具有同等重要性；3表示比稍微重要；同理，5表示明显重要；7表示强烈重要；9表示极端重要；2、4、6、8表示1～３、３～５、５～７、７～９的中值；1～９的倒数表示与比较得1／;因此判断矩阵，0，，，（）；

S303、计算权重分配：计算判断矩阵最大特征根及其对应的特征向量，特征向量即为各评价因素重要性排序；

S304、一致性检验：引入，作为度量判断矩阵偏离一致性的指标，以便将偏差控制在允许的范围内。

9.根据权利要求1所述的一种空天地监测边坡系统，其特征在于：所述边坡趋势预测的方法，包括以下步骤：

当边坡监测数据时间序列的变动表现为呈二次曲线上升或下降趋势时，采用指数平滑法进行监测数据修正预测，其修正公式为：

初始值为：

式中、、分别为时间序列为t时刻对应一次、两次、三次指数平滑值，为加权系数。

预测模型为：

其中：

。