新型泥石流预警监测系统设计
泥石流模拟实验研究及预警系统建设
泥石流模拟实验研究及预警系统建设1. 引言泥石流是一种自然灾害，由于其迅猛而破坏性强的特点，给人们的生命财产造成了严重威胁。
为了有效应对和防范泥石流灾害，进行泥石流模拟实验研究并建设预警系统变得愈发重要。
本文将探索泥石流模拟实验研究的重要性，分析建设泥石流预警系统的优势以及应该考虑的关键因素。
2. 泥石流模拟实验研究泥石流模拟实验研究是研究泥石流形成与发展规律的重要手段。
通过实验的方式，我们可以模拟泥石流形成的过程，并研究它的运动规律、灾害范围、流速和流量等相关指标。
这些研究将为我们理解泥石流的属性和特点提供重要依据。
泥石流模拟实验研究有助于预测泥石流的形成和发展趋势。
通过对实验中引入不同地形特征、不同降雨强度等因素的模拟，我们可以预测泥石流可能发生的区域、可能引发的灾情规模以及时间等。
这将为灾害预防和应对提供重要的科学依据。
此外，泥石流模拟实验研究也可以为我们提供有效的应对措施。
通过实验，我们可以研究和验证各种建设性工程措施的效果，如拦河坝、固结活塞、抗泥墙等。
这些措施可以通过实验来模拟，评估其效果，寻找最佳应对方案。
3. 泥石流预警系统建设泥石流预警系统的建设是应对泥石流灾害的重要举措。
它以快速准确地提前预警泥石流灾害为目标，帮助人们及时采取相应的应对措施，最大程度地减少损失。
建设泥石流预警系统需要考虑以下关键因素：(1) 数据收集与监测：预警系统需要收集大量的数据来监测地下水位、雨量、地质构造等因素。
利用先进的传感器网络和遥感技术，可以实时获取相关数据，并进行数据分析与处理。
(2) 风险评估与预测：通过对现有数据的分析，结合数学模型和统计方法，可以对泥石流的形成和发展进行预测和评估。
这样可以提前识别潜在的危险区域，为相关部门和居民提供预警信息。
(3) 预警信息传递与发布：预警系统需要确保预警信息的准确性和及时性。
通过科学的信息传递渠道，如手机短信、电视广播等，可以向公众发布泥石流预警信息，提醒人们采取相应的防护和逃生措施。
基于STM32的泥石流监测预警系统设计
Vol. 45 No. 192计算机与数字工程Computer &• Digital Engineering总第327期2017年第1期基于STM32的泥石流监测预警系统设计$温宗周刘超袁妮妮费腾蛟赵建新周冬(西安工程大学电子信息学院西安710048)摘要目前我国在地质灾害监测中对于泥石流的监测主要依靠人工的方法,成本高，实时性差,论文针对这一问题设 计了一种基于32位微控制器的智能监测系统。
该系统能够实现对监测区域的降雨量，土壤含水率，泥水位变化，次声等信 息的实时采集并通过GPRS/CDMA或卫星上传到监测中心，监测中心通过相应的模型算法对数据处理分析得出相应的灾 害状态。
通过实验测试,系统运行稳定，能够达到设计目标要求。
关键词STM32;泥石流；监测预警中图分类号TP23 DOI：10. 3969/j. issa 1672-9722. 2017. 01. 020Debris Flow Monitoring and Early Warning SystemBased on STM32 DesignWEN Zongzhou LIU Chao YUAN Nini FEI Tengjiao ZHAO Jianxin ZHOU Dong(College of Electronics &• Information, Xi^n Polytechnic University, Xi^n 710048)Abstract Currently the debris flow monitoring in our country mainly rely on artificial observation, it has many problems such as high cost, poor real-time. Based on the STM32 data remote transmission, a telemetry terminal is designed in this paper which combined with wireless data transmission technology. The experimental results show that the data of soil moisture content, infrasound and sound, rainfall and image information can be collected on real-time by the system, and then collected data will be reported to the central station through GPRS wireless network. The central station finally has a comprehensive evaluation to the telemetry parameter data on real-time of the terminal debris flow by the debris flow monitoring prediction model based on neural network algorithm.Key Words STM32, debris flow, monitoring and early warningClass Number TP23i引言近年来国内特大灾害性泥石流频繁发生，这些 灾害性泥石流规模超大破坏性强，评估监测和防治 困难，监测预警工作缺乏。
新型泥石流预警监测系统设计
新型泥石流预警监测系统设计灾害预警研究是近些年环境研究的重点，主要方向有方法技术研究与理论研究两方面。
为了对突发性地质灾害，尤其是泥石流全时在线自动监测预警，设计开发了新型泥石流预警监测系统。
本文重点对其设计进行了探讨。
标签：泥石流预警监测系统设计1新型泥石流预警监测系统设计1.1系统设计方案如果监测地区前方降雨量比阈值较大，监控计算机则依据无线遥测雨量站报来的数据加以初判断和预报；如果监测泥石流沟中到来泥水，泥水位探头则会分级对泥石流的到来进行预报；若降雨和泥水两个条件都满足，监测系统就会向监控计算机发出泥石流到来的分级报警，并且马上将高清数码相机启动，以泥位标尺为背景对图片进行采集并发给计算机，监测人员再次对照图片加以判别，对泥石流的到来进行确认，发出报警；以短信的方式将警报发到多个相关责任人手机上，同时由监控计算机发出安装在乡村和城镇中的警报器指令，无线遥控启动并发出警报。
除去泥水位预警子系统，泥石流预警监测系统的全部设备都由太阳能供电，在监测站房安装监控计算机（远离泥石流沟），在需要报警的乡村和城镇中安装报警器，系统工作流程如图1。
1.2关键技术这一系统集成了很多技术，主要有GPRS/GSM通信、视屏图像CDMA快速回传、编译技术、软件重用技术、组件构造及接口技术、数据信息表象GIS等。
与此同时，系统综合运用RS和GIS及其水文地质信息综合分析算法，并通过模糊数据统计法和抽样统计法、模糊综合分析法和主成分分析法，与当地气象（部分站点已与当地气象局联网，资源共享）、水情和地质历史信息相结合，对决策子系统进行建立。
这一子系统能够将预警值作为当地的报警限制值分析出来，并且求得最优的人员转移路径，为系统的进一步研究开发创造条件。
2预警监测系统组成及功能2.1雨量计子系统雨量计子系统主要凭借雨量计工作，包括雨量计、雨量自报系统及软件。
雨量计子系统在泥石流监测观测场范围内安装，报警仪电缆与雨量计连接，雨量计检测到降雨后把信息传给数据采集报警仪，报警仪对累计雨量进行计算后传至计算机，计算机接收、储存后将该日雨量信息列出并绘制雨量柱状图，同时对实时雨量、日雨量进行检查，并与阈值对比看越限与否，如果越限应通过计算机音频发出指定报警音，并发出报警短信息给预订的多部手机。
测绘技术中的泥石流监测与防治工程设计
测绘技术中的泥石流监测与防治工程设计引言：泥石流是自然灾害中最为严重和危险的一种，给人们的生命财产和生态环境都造成了巨大的损失。
因此，泥石流的监测与防治工作显得尤为重要。
在现代科技的支持下，测绘技术在泥石流的监测与防治工程设计中发挥了重要的作用。
一. 泥石流监测泥石流监测是在泥石流形成之前、形成之中以及形成之后采取的一系列措施，以便及时控制和减轻泥石流对人员和建筑物的危害。
测绘技术在泥石流监测中发挥了重要的作用。
1. 遥感技术遥感技术是通过卫星或航空器获取地表相关信息的一种手段。
在泥石流的监测中，借助于高分辨率的遥感图像，可以实时监测泥石流发展过程中的地表变化。
通过分析遥感图像，可以预测出泥石流的发生区域和发生时间，从而提前采取相应的防灾措施，避免灾情的扩大。
2. 激光雷达技术激光雷达技术是一种高精度的地面测绘技术，可以通过发送和接收激光脉冲来获取地物的三维坐标信息。
在泥石流监测中，激光雷达可以通过测量地表的高程信息，建立数字地形模型。
通过对数字地形模型的分析，可以了解泥石流的流动路径和速度，从而有效地指导泥石流的防治措施。
3. GNSS技术GNSS（全球导航卫星系统）是依靠卫星导航和测量技术提供全球定位服务的一种技术。
在泥石流监测中，GNSS技术可以实时获取监测点的坐标信息，并通过连续观测和快速处理技术，实现对泥石流流速、流量和流量累积等参数的实时监测和预警。
二. 泥石流防治工程设计泥石流防治工程设计是指针对已知泥石流发生区域，经过科学研究和技术分析，制定相应的防治方案和工程设计。
测绘技术在泥石流防治工程设计中发挥了重要的作用。
1. 数字地形建模数字地形建模是指通过测绘技术获取地表地形信息，并将其转化为数字模型的过程。
在泥石流防治工程设计中，通过测绘技术获取的数字地形模型可以提供准确的地形数据，用于指导泥石流防治工程的设计和施工。
例如，通过数字地形模型可以分析泥石流流动路径和速度，确定合适的排泥通道和拦截堤，从而降低泥石流对人类和建筑物的危害。
滑坡泥石流地质灾害野外监测预警系统的设计
滑坡泥石流地质灾害野外监测预警系统的设计摘要：我国的地质灾害是威胁人们生命财产安全的重要问题，也是影响社会活动的关键因素，一旦发生严重的地质灾害，将会给国家、社会和个人带来不可弥补的损失，严重影响国家经济发展和社会的和谐稳定。
滑坡泥石流地质灾害的损坏程度非常大，能够在瞬间造成毁灭性的损失，是我国地质灾害预防中需要着重关注的一个方面。
为了最大限度保障人们的生命财产安全，保障国家和社会事务正常运转，需要设计地质灾害野外监测预警系统，对于滑坡泥石流进行监测预警。
本文将从滑坡泥石流地质灾害野外监测预警系统的基本原理、通信组网拓扑图、监测站系统设计、数据采集软件的方面进行探索。
关键词：滑坡泥石流；地质灾害；野外监测预警系统；设计我国的地质灾害比较严重，而且其损坏能力极强，滑坡泥石流会因为地质构造的频繁活动而产生，由于地质灾害的预测难度比较大，所以在滑坡泥石流地质灾害发生的时候，往往会给社会和个人带来极大的损失，也是影响国家发展的不利因素，滑坡泥石流还具有隐蔽性强和分布广的特点，这也给监测预警工作带来了一定的困难。
滑坡泥石流地质灾害野外监测预警系统，其核心是STM32，数据的采集单元是多通道信号调理电路，本地监测网的组成部分主要是Zigbee与电台等，在传感器的使用上主要采用孔隙水压力计、地表裂缝位移计、地下水位计等等，在将数据进行处理和传输的时候，主要是利用北斗卫星与GPRS网络。
滑坡泥石流地质灾害野外监测预警系统，除了能够发挥其监测预警的功能外，还具有稳定性高和能耗低的特点。
一、地质灾害区域预警预报的工作原理隐式统计预警预报方法、显式统计预警预报方法和动力预警预报方法，是随着科学技术的进步和地质灾害野外监测预警的要求，在发展和完善中产生的区域预警预报方式。
在降雨的过程中，地质体会出现地——气耦合的作用，动力预警预报方法就是在充分考量这种作用的前提下，对于动力的变化过程进行研究的一种预警预报方式，与解析方法没有本质的不同。
泥石流预警系统的设计与优化
泥石流预警系统的设计与优化近年来，我国频繁发生的自然灾害给人们生命财产安全带来了极大的威胁，其中泥石流灾害的发生虽然不如地震、洪水等看起来猝不及防，但是其灾害范围极广，速度快，造成的损失极大。
因此，在防范泥石流方面，预警系统的研发和优化显得尤为重要和迫切。
1. 泥石流的原理及危害性泥石流是指因降雨或融雪等原因，导致山体松散物质从高处溢出形成流体状态向低处流动，将底部的稳定性物质冲刷的一种自然地质灾害。
泥石流的特点是速度快、粘度高，致灾危险系数较大，长期来看具有周期性规律。
在我国，泥石流频发的区域主要分布在青藏高原、秦岭、川西等地，个别地方的发生率甚至高达每年10次以上，给当地人民的生命财产安全和生产上的稳定性带来了巨大的威胁。
2. 泥石流预警系统的设计泥石流预警系统的研发和应用已经渐渐成为泥石流灾害防治的重要组成部分。
它可以通过对泥石流发生过程中的各个因素进行科学分析和预估，对即将发生的泥石流进行预警，进而提高人们对泥石流如何应对的认识和能力，有效地减少泥石流灾害带来的损失。
设计泥石流预警系统应该充分考虑以下几个因素：（1）泥石流的特性和形成规律。
泥石流研究的重要先决条件，是对泥石流物质的形成和运动的物理特性进行深入剖析，建立起一个动态的泥石流模型。
在此基础上，结合山区地形、降雨、雪情等因素，预测泥石流的形成和运动趋势，进而给出预警。
（2）数据采集和监测。
泥石流预警系统离不开采集和监测数据的支撑，需要收集地形、气象、水文等信息数据，并对其进行实时监测。
这些数据来源可以是人工测量，也可以是自动监测设备和传感器采集。
（3）预警信息处理和传播。
泥石流预警系统的目标是让更多人听到预警信息，真正意义上实现灾害的事先防范。
因此，预警信息的传播方式需要支持多种方式和渠道，在不同地区和人群中进行快速、精准、及时的传播。
3. 泥石流预警系统的优化随着科技不断进步和时代的发展，开展前沿研究并不断优化泥石流预警系统的设计已经成为现实需求。
泥石流灾害防治工程勘查中的监测预警系统建设
泥石流灾害防治工程勘查中的监测预警系统建设泥石流灾害是一种高速、强冲击、极具破坏力的自然灾害，给人们的生命、财产和社会稳定带来巨大威胁。
为了更好地预防和减轻泥石流灾害带来的损失，进行泥石流灾害防治工程勘查时，建设监测预警系统是十分关键和必要的措施。
泥石流灾害防治工程勘查的首要任务是对可能发生泥石流的地区进行全面调查和勘测。
通过全面了解区域的地理环境、地质构造、河流流量等因素，可以评估泥石流灾害的潜在风险，为制定科学的防治措施提供依据。
而在勘查过程中，建立监测预警系统可以帮助及时掌握泥石流发生的动态，并对可能发生的灾害做出及早预警和相应的响应。
建设泥石流灾害防治工程勘查中的监测预警系统，首先需要选择合适的监测手段和仪器设备。
泥石流发生前往往会伴随着地质变形、水位变化和地震等现象，因此可以采用多种监测手段进行综合监测。
比如，地震仪可用于地质构造活动的监测，水位计和雨量计则可用于水文气象因素的监测。
此外，还可以利用遥感技术对区域的地貌、植被和土地利用进行监测，以及运用遥感图像处理软件进行图像分析和提取信息。
其次，建设的监测预警系统需要建立有效的数据传输和处理机制。
监测到的各项数据需要及时传输到指定的数据中心，并进行实时分析和处理。
在数据传输方面，可以利用现代通信技术，如无线传感器网络、物联网等，实现数据的快速传输和实时监测。
在数据处理方面，可以借助人工智能和大数据分析等技术，对监测数据进行分析和模型建立，从而提前预警可能发生的泥石流灾害，并为防治工作提供科学依据和指导。
此外，建设监测预警系统还需要建立完善的预警和应急响应机制。
根据监测到的数据和预警模型，可以制定相应的预警等级和预警时间，以及相应的应急响应措施。
预警信息需要及时发布和传达给相关的机构和人员，以便他们能够及时做出相应的应对和决策。
同时，要加强防治工作中的培训和知识普及，提高相关工作人员的应急响应能力和专业素养，以有效地应对和处置泥石流灾害。
基于云平台的泥石流监测预警系统设计
设备数据 总数(个)
2.6 报警电路设计 报警电路采用有源蜂鸣器模块，当检测到的数据值 不在预设范围时，STM32 主控制器发送控制信号，蜂鸣
开始
各模块初始化
N 初始化成功 Y
WIFI组网
N 连接到OneNET服务器 Y 位置信息数据采集
坡体形变数据采集
降雨量数据采集
是否达到预警阈值 N
Y 报警处理
数据显示
数据发送至上位机
为了及早发现泥石流，做到早发现早预防，减少泥 石流带来的损害，本文设计了一套基于云平台的泥石流 灾害预警系统，本系统包括下位机和上位机两部分。下 位机以 STM32F103 微控制器为核心单元，主要负责数据 的采集和传输 ；上位机采用 OneNET 云平台，用于实时 显示数据和存储。一旦数据达到设定的临界点，系统进 行报警提醒，实现了对泥石流灾害的远程监测和预警。 1 总体方案设计
205 Copyright©博看网. All Rights Reserved.
第 41 卷
数字技术与应用
2 系统硬件设计 2.1 STM32 微控制器 STM32F103C8T6 是一款基于 ARM Cortex-M3 内
核的 32 位嵌入式微控制器，程序存储器容量为 64KB， 工作电压 2V-3.6V 之间。该处理器通过总线矩阵和内 核实现通信。时钟高达 72MHz，支持硬件除法、TAG/ SWD 多种调试方式、FLASH 和 SRAM 内存、上电复位 以及掉电复位。内置多个 A/D 转换器，方便实现对外围 检测设备数据的读取。
泥石流灾害防治工程勘查中的监测技术与预警系统建设
泥石流灾害防治工程勘查中的监测技术与预警系统建设泥石流是一种由于山坡上的泥土、石块和水流混合形成的特殊类型自然灾害。
泥石流的发生往往带来巨大的破坏，对人类生命和财产安全构成严重威胁。
因此，在泥石流灾害防治工程中，准确的勘查和监测技术是非常关键的，而预警系统的建设也是必不可少的。
泥石流灾害防治工程的勘查阶段是了解地质和地貌情况，评估泥石流潜在危险性的重要环节。
在勘查中，监测技术是不可或缺的工具。
其中，遥感技术是一种常见且有效的监测方法。
遥感技术通过卫星或无人机获取高分辨率的遥感影像，能够快速捕捉到山区地貌、植被覆盖情况等信息，为泥石流的防治提供科学依据。
此外，地质雷达技术也是泥石流勘查中常用的技术之一。
地质雷达能够穿透地下，探测到地下岩层结构，进而了解山区的地质情况，发现潜在的泥石流威胁。
地质雷达技术可以提供有关地下水位、泥石流活动层的深度等信息，有利于准确评估泥石流的潜在风险。
在泥石流灾害防治工程中，预警系统的建设也是非常关键的一环。
预警系统的目标是及时发现泥石流的迹象，并向相关部门和居民发出警报，以便采取适当的防范和撤离措施。
预警系统的建设包括监测设备的布设、数据的采集和分析、及时传输预警信息等多个方面。
监测设备的布设是预警系统建设的基础。
该系统需要在潜在泥石流发生地点安装各种监测设备，如位移传感器、倾角仪、地震仪、水平仪等。
这些设备能够持续监测山体位移、地震活动、地表水位等指标的变化，提供及时的预警信息。
数据的采集和分析是预警系统的核心。
通过监测设备采集到的泥石流相关数据，可以建立数学模型，分析泥石流的发生概率和危险程度。
同时，还可以结合遥感技术获取的地貌信息，进行风险评估和灾害预测。
这些分析结果能够为防治工程提供科学的依据。
及时传输预警信息是预警系统建设的关键。
当监测设备检测到潜在泥石流的迹象时，预警系统应当自动触发报警机制，并将预警信息及时传输给相关部门和居民。
传输途径可以包括手机短信、电子邮件、警报器等多种方式，以确保信息能够及时准确地传达给受威胁的人们。
泥石流灾害风险预警系统提升方案设计研究
泥石流灾害风险预警系统提升方案设计研究一、引言泥石流是一种自然灾害，由于其突发性和破坏性，给人们的生命财产安全带来巨大威胁。
为了提前预警和减少泥石流灾害带来的损失，泥石流灾害风险预警系统的建立和提升至关重要。
本文将研究泥石流灾害风险预警系统的方案设计，旨在提高预警的准确性和效率。
二、当前存在的问题目前，泥石流灾害风险预警系统存在以下问题：1. 数据不准确：受限于传感器的精度和覆盖范围，现有系统无法提供准确的地质数据，导致预警的准确性不高。
2. 预警时间短：现有系统对泥石流的预警时间较短，未能提供足够的时间供人们撤离。
3. 预警范围有限：现有系统对泥石流的预警范围有限，未能覆盖全区域，存在盲区。
三、方案设计针对以上问题，我们提出以下改进方案：1. 数据准确性提升：引入更先进的传感器和监测设备，提高对地质数据的采集和监测精度，从而提高预警的准确性。
同时，加强数据的分析和处理，利用人工智能和机器学习算法提取有用信息，准确判断泥石流的可能性。
2. 提前预警时间延长：通过改进数据分析和模型算法，提高泥石流的预警时间。
利用历史数据和实时监测数据，建立更准确的预警模型，以提前预示潜在的泥石流风险，并对可能发生的灾害进行及时预警。
3. 预警范围扩大：增加监测点数量和覆盖范围，将现有预警系统的盲区加以补充。
结合地理信息系统（GIS）技术，精确划定泥石流灾害的危险区域，以便更好地进行预警和应急响应。
4. 增加公众参与和教育：提高认识到泥石流灾害的风险和危害，改进公众参与和教育的机制，加强灾害防范意识和应急反应能力。
通过宣传媒体、社区教育和学校教育等途径，普及泥石流灾害知识，提高公众的自我防范能力。
四、预期效果通过以上方案的实施，我们预期能够取得以下效果：1. 提高预警准确性：通过数据准确性的提升和模型算法的优化，预警准确率将大幅度提高，减少误警和漏警情况的发生。
2. 延长预警时间：预警时间将从目前的几分钟至几小时延长到几小时至几天，为人们提供更多时间以采取应对措施和有序撤离。
泥石流灾害防治工程勘查中的监测与预警系统规划
泥石流灾害防治工程勘查中的监测与预警系统规划随着城市化进程的加速推进，人口的密集集中以及自然环境的破坏，泥石流灾害已成为一项严重的自然灾害。
为了更好地预防和减轻泥石流灾害带来的损失，泥石流灾害防治工程的勘察是至关重要的一步。
而在勘察的过程中，监测与预警系统的规划和应用也是不可忽视的环节。
本文将从泥石流监测与预警系统规划的角度，探讨如何更好地进行泥石流灾害防治工程的勘查。
泥石流的监测与预警是泥石流防治工程的核心内容之一，其目的是及时获取泥石流的发生情况，并提前预警可能受到泥石流威胁的地区，从而采取相应的防治措施。
在进行泥石流灾害防治工程勘查的过程中，应当制定科学合理的监测与预警系统规划，以确保勘查工作的顺利进行。
首先，监测与预警系统规划应该基于科学准确的数据。
在泥石流灾害防治工程勘查过程中，应充分利用现代技术手段，如遥感、卫星定位、地面监测等，获取泥石流灾害相关的数据信息。
通过对泥石流形成的地质环境、地表形态等因素的分析，可以确定泥石流发生的可能性和危险性区域，从而为后续的预警工作提供依据。
其次，监测与预警系统规划应该注重信息的准确性。
泥石流灾害防治工程勘查中，需要对地质、水文等环境因素进行全面准确的调查和分析。
通过建立有效的监测网，采集地质工程、地球物理等数据，从而提供科学依据。
同时，应结合地质调查、水文测量等实地工作，确保数据的可靠性和准确性。
此外，监测与预警系统规划还应充分考虑先进技术的应用。
随着科学技术的不断发展，各种新技术的应用也在不断涌现。
例如，利用遥感技术可以实现远程监测，通过卫星图像实时获取泥石流灾害的动态信息。
另外，地面监测仪器的进步也为泥石流灾害的实时监测提供了更加精细、准确的数据。
因此，在监测与预警系统规划中，应充分利用这些新技术手段，提高泥石流灾害的监测与预警水平。
最后，监测与预警系统规划需要与地方政府的应急管理机制相结合。
地方政府在防治泥石流灾害中发挥着领导和协调作用。
因此，在勘查的过程中，应与地方政府建立紧密的联系，了解地方政府的需求和方针政策。
地震后泥石流灾害监测与预警系统建设
地震后泥石流灾害监测与预警系统建设地震和泥石流都是自然灾害中常见的灾害类型，而当地震发生后，尤其是在地震震中周围的山区地带，常常会引发泥石流的发生。
为了及时预警和有效应对地震后的泥石流灾害，建设一个完善的监测与预警系统十分必要。
一、泥石流灾害的特点和危害地震后的泥石流灾害具有以下几个特点：1. 频发性：地震容易导致地面破碎，山体崩塌和土石流等现象，导致泥石流灾害频繁发生。
2. 规模大：由于地震所引发的较大震级会导致大量土壤和石块崩塌，泥石流规模较大，对周围环境和人类社会造成巨大的危害。
3. 速度快：泥石流的速度可以高达每小时数十公里，几乎无法被人类及时逃离，因而危害极大。
4. 难以预测：地震后对泥石流的发生预测具有一定的困难性，因此需要建立一个有效的监测与预警系统。
二、地震后泥石流监测系统建设内容为了有效应对地震后的泥石流灾害，我们需要建设一个完善的监测系统。
以下是该系统的核心内容：1. 多参数监测设备：通过设置地震震中周围山区的多个监测点，配备地震仪、位移仪、水位仪等设备，实时监测地震后的山体变化、地面位移情况以及河流水位等指标的变化。
2. 数据传输与分析：建立一个完善的数据传输和分析系统，将采集到的监测数据及时传输至数据中心，并进行有效的数据分析和处理，以便及时判断泥石流发生的可能性和危险性。
3. 预警系统：基于监测数据的分析结果，建立一套准确可靠的泥石流预警系统，及时向可能受到影响的地区、居民和相关部门发送预警信息，以便及时采取避灾和抢险措施。
4. 灾害评估与预测：借助现代化的科学技术手段和地质勘测手段，对地震后的泥石流灾害进行科学评估和预测，为地方政府制定灾害防范和救灾预案提供科学依据。
三、地震后泥石流灾害监测与预警系统建设的意义地震后泥石流灾害监测与预警系统的建设具有重要意义：1. 提早预警：只有通过建设现代化的监测与预警系统，才能提前发现地震后泥石流的可能发生，并及时向相关地区发布预警信息，提高人们的防灾意识和逃生准备。
“天地井”一体化泥石流综合监测预警平台的建设及其应用
“天地井”一体化泥石流综合监测预警平台的建设及其应用目录一、内容概览 (2)1.1 研究背景与意义 (3)1.2 国内外研究现状 (4)二、平台建设技术与架构 (5)2.1 总体技术框架 (7)2.2 核心技术组件 (8)2.3 数据处理与存储技术 (9)三、天地井一体化监测预警系统设计 (10)3.1 井上监测站设计 (12)3.2 井下监测站设计 (13)3.3 数据传输与通信系统 (14)3.4 监测数据融合与智能分析算法 (15)四、平台功能实现与优化 (16)4.1 数据采集与传输功能 (17)4.2 数据分析与预警功能 (18)4.3 用户界面与操作指南 (19)4.4 系统测试与性能评估 (21)五、平台应用案例分析 (22)5.1 山区某泥石流监测预警应用案例 (24)5.2 滑坡灾害监测预警应用案例 (25)5.3 地质灾害风险评估应用案例 (26)六、结论与展望 (27)6.1 研究成果总结 (29)6.2 存在问题与改进方向 (30)6.3 未来发展趋势与应用前景 (31)一、内容概览随着我国经济社会的快速发展，基础设施建设和人类活动对自然环境的影响日益加剧，泥石流等地质灾害频发，给人民生命财产安全带来严重威胁。
为了提高泥石流灾害防治能力，保障国家和人民的生命财产安全，我国政府高度重视泥石流监测预警工作，提出了“天地井”一体化泥石流综合监测预警平台的建设及其应用的战略部署。
“天地井”一体化泥石流综合监测预警平台是一种集地面观测、地下监测、通信传输、数据处理和预警发布于一体的综合性监测预警系统。
该平台通过实时采集地面观测数据、地下监测数据、气象数据等多源信息，利用先进的信息技术进行数据处理和分析，实现对泥石流灾害的实时监测、预警和预报，为政府部门和社会公众提供科学、准确的灾害信息，为泥石流灾害防治提供有力支持。
“天地井”一体化泥石流综合监测预警平台主要包括以下几个方面的内容：地面观测系统：包括泥石流易发区的道路、桥梁、隧道等基础设施的实时监测，以及泥石流径流量、土壤侵蚀量、植被覆盖度等指标的观测。
泥石流次声监测预警系统设计
摘要泥石流是一种山区突发性的自然侵蚀过程，具有流速快、流量大、物质容量大、破坏力强等特点。
近年来，泥石流灾害在世界各地频发，造成了重大的人员伤亡与经济损失。
我国也是泥石流频发国家之一，较为严重的区域分布在西南多个省份，地壳活动剧烈，地势走向陡峻，地质结构复杂，土体支离破碎，再加上西南地区的降水量和降水强度较大，泥石流发育强烈，直接威胁到该地区人民群众的生命财产安全，因此，如何对泥石流进行有效的监测成为预防泥石流灾害、降低灾害损失的研究重点。
目前世界多国的专家学者都在关注研究泥石流灾害预警技术，并取得了不少的成果，但也普遍存在一些问题导致推广性较差，如系统造价昂贵、维护成本高、误报率高等。
本文提出了一种成本较低、采用优良信号处理算法的泥石流次声监控系统来实现对泥石流灾害的监测预报。
本文详细的介绍了一种基于泥石流次声信号进行泥石流灾害预警的设计方案，该系统设计包括嵌入式软硬件系统设计、算法设计、上位机设计。
其中嵌入式软硬件系统使用专业的次声传感器完成信号的捕捉并转换为对应的模拟电信号，该电信号经过模拟电路部分转换、放大、滤波之后通过AD采集得到对应的数字信号数组。
得到的数据经过希尔伯特黄变换之后得到原始信号的边际谱，通过对边际谱进行分析可以判断有无泥石流次声信号产生，以此实现对泥石流灾害的灾前预警。
可以将边际谱数据通过串行通信方式传输给上位机，实现在上位机软件中实时显示采集信号的边际谱。
本系统中采用了性能较强的基于Cortex-M7内核的芯片STM32F746作为主控芯片，且移植了实时性较强的UCOS-III操作系统，实现了数据采集、存储、运算、上传等多任务协作。
经过模拟仿真与实验验证，本泥石流监测系统各方面达到了设计要求，具有一定的实用价值和推广性。
关键词：泥石流，次声监测，希尔伯特黄变换，UCOS-III，次声传感器The software and hardware system of mudslidesinfrasound monitoringABSTRACTDebris flow is a sudden natural erosion process in mountainous regions, which has characteristics of quick flow speed, big discharge, large material capacity and strong destructive power. In recent years, debris flow disasters occur frequently in the world, cause heavy casualties and property losses. China is also one of the frequent occurrence of debris flow, especially in the southwest provinces, the crustal activity is strong, the cutting is steep, complex geological structure, rick and soil reduced to fragments, in addition, the quantity and intensity of rainfall in these places is greater, all these breed strong debris flow, caused a great threat to peoples's life and property safety of the region. Therefor, Method for effecive monitoring of debris flow has become the research emphases in debris flow preventing and disaster losses reducing. At present, many experts and scholars from all over the world are paying attention to the research of Early Warning Technology for Debris Flow Calamity, and have make a lot of achievements, however, there are some problems exist, whcih lead to poor generalization in pratical using,such as high cost in production and maintenance, and high rate of false positives. Therefor, in this paper, a monitor system base on debris flow infrasound with low cost with and signal processing algorithm is proposed to monitor and forecast the debris flow calamity.In this paper, a design scheme of debris flow monitoring system is introduced in detail, this system includes embedded software and hardware system, algorithm design, host machine design. The embedded software and hardware system captures audio signal and generate analog signal with the using of Professional infrasound sensor, this analog signal translate into digital signal after pass through anolog circuit which will convert,amplify,filter the analog signal, finally a A/D circuit converts the analog signal into digital signal. A Marginal Spectrum will be calculated after processing the digital signal with HHT algorithm,by analyzing the marginal spectrum, we can judge whether or not the infrasound signal exist, according to which weaccomplish the Early Warning for Debris Flow Calamity. In addition, the marginal spectrum data could be transfer to host machine through serial port and display the marginal spectrum in host machin's interface. This debris flow monitoring system adopt a Cortex-M7 core chip STM32F746 as its main control chip. In order to realize multi-task cooperation such as data collection, storage, computing, uploading, a real-time Embedded OS is transplanted into the software system.The experimental results show that the debris flow monitoring system meets the design requirements, and has certain practical value and popularization.Key words:debris flow, HHT,UCOS-III, Infrasound monitoring,Infrasonic sensor目录第一章 绪论 (1)1.1 课题背景及研究意义 (1)1.2 国内外研究现状及存在问题 (2)1.3 论文的内容结构安排 (2)1.4 本章小结 (3)第二章 研究内容与方案 (4)2.1 研究内容和主要的科学问题 (4)2.1.1 研究内容 (4)2.1.2 主要的科学问题 (8)2.2 系统整体方案 (13)2.2.1 主控模块 (14)2.2.2 数据采集模块 (14)2.2.3 存储模块 (15)2.2.4 网络传输模块 (15)2.2.5 其它功能模块 (15)2.3 本章小结 (15)第三章 系统硬件设计 (17)3.1 系统硬件的总体设计 (17)3.2 系统硬件各个模块详细设计 (18)3.2.1 主控模块设计 (18)3.2.2 信号采集模块设计 (19)3.2.3存储模块电路设计 (27)3.2.4 网络传输模块电路设计 (28)3.2.5 调试模块电路设计 (29)3.2.6 外扩接口模块电路设计 (30)3.2.7 其它外围功能电路设计 (31)3.2.8 电源模块设计 (32)3.3 本章小结 (37)第四章 HHT算法分析 (38)4.1 HHT算法概述 (38)4.2 HHT算法具体分析 (39)4.2.1经验模态分解 (39)4.2.2希尔伯特变换 (44)4.3 本章小结 (45)第五章 软件系统设计 (46)5.1 系统软件整体设计 (46)5.2 嵌入式软件系统设计 (46)5.2.1 板级支持包BSP与模块驱动 (47)5.2.2 应用层设计 (49)5.3 上位机软件设计 (56)5.4 本章小结 (58)第六章 系统测试及主要性能参数 (59)6.1 系统测试 (59)6.1.1 模拟电路测试 (59)6.1.2 AD采集电路测试 (62)6.1.3 HHT算法测试 (62)6.1.4 系统整体测试 (65)6.2 性能参数 (69)6.3 本章小结 (70)第七章 总结与展望 (71)致谢 (73)参考文献 (74)第一章绪论1.1 课题背景及研究意义泥石流是一种突发的地质灾害现象，多发生于山区、地形险峻的地区，在雨季具有群发性，由于暴雨、洪水或其它自然因素的作用，将含有砂石且松软的土质山体经饱和稀释后形成的洪流。
浅析泥石流监测预警系统的设计与实现
浅析泥石流监测预警系统的设计与实现摘要：作为很常见的一种山地灾害，泥石流呈现出很突出的特点，如突然呈现、持续时间短、凶猛激烈、严重破坏等。
针对泥石流的形成、运动、害处，通过自动化监测预警体系，能够迅速、准确地达到监测预警目标，并以此来大幅缩小泥石流带来的危害性。
基于此，本文从泥石流出发，探讨了有关监测预警体系的设计目标及内容还有实现及测试，仅供参考。
关键词：设计及实现；监测预警；泥石流泥石流属于一种特殊山洪，其中大量存在砂石块，所以极具破坏力等[1]。
国内山地广阔，几乎为2／3的陆地面积。
在地势高差明显、地质不良构造发育、破碎岩石、深厚沉积物、集中强降暴雨与人类频繁活动的综合影响下，时有出现泥石流灾害。
据不完全统计显示，国内每年因为泥石流而带来的直接经济损失已达20亿元以上，并且伤亡人数超过了300人，属于国内的生态环境及民生焦点问题。
但以往一般都借助人工观测、远程视频监测之类的方式来监测泥石流，所以成本投入大。
而借助无线传感器网监测泥石流，除了能够长期在野外恶劣环境中作业外，还无需大量值守者，并更便捷地大量采集数据并部署，所以对监测预警泥石流体系的设计实现便引起了广泛的关注[2]。
一、设计目标本文设计实现监测预警体系目的主要涉及以下方面：（1）实时监测泥石流灾害易发区，并展现、存储监控区内部的泥石流影响因子动态数值，然后处理、分析数据。
（2）及时预警呈现的泥石流灾害，迅速告知泥石流灾害四周民群有关泥石流灾害呈现的情况，以便第一时间撤离这些群众，并尽量降低泥石流灾害带给生活生产的巨大经济损失。
二、设计与实现在设计本系统时，需要全面考虑体系需要达到的业务需求，并统一规划好每个模块，并与既有技术标准相符[3]。
在具体的开发中，还应减小风险，并基于模块化开发，大幅提升开发便捷性。
在本泥石流监测预警体系，具有前台、后台这两个部分。
1、设计前台体系模块在监测预警泥石流体系的前台，功能主要涉及查询泥位计、网格等告警信息，并支持对报警信息的有效处理[4]。
泥石流实时在线监测预警系统解决方案
泥⽯流实时在线监测预警系统解决⽅案⼀、⽅案背景泥⽯流是发⽣在⼭区的⼀种含有⼤量泥砂、⽯块和巨砾等固体物质的暂时性特殊洪流。
俗称“⾛蛟”、“出龙”、“蛟龙”等。
具有突然爆发，来势凶猛，运动快速，历时短暂等特点，往往在瞬间摧毁建筑物和⼯程设施和⼈民的⽣命财产，具有强⼤的破坏⼒，是严重威胁⼭区居民安全和⼯程建设的地质灾害。
泥⽯流实时动态监测包括降⾬量等⽓象要素、物源区流通区松散沉积物的动态追踪、⼟压⼒、⼟壤含⽔率、孔隙⽔压⼒、物位流速监测、视频监控等。
⾠迈智慧利⽤当前物联⽹技术、智能传感技术、云计算技术，⾃主研发设备和系统平台为核⼼，提供⼀套可靠、实⽤、专业的地质灾害监测与预警系统解决⽅案。
⼆、系统组成泥⽯流地质灾害监测预警系统主要由现场监测设备、数据通信系统、⽤户⾃建的监控中⼼（含地质灾害智能监测预警云平台）组成，并通过监测预警平台将地灾信息进⾏呈报。
⽤户终端信息设备对灾害信息进⾏传送播报，为灾害报警、⼈员疏散撤离提供及时信息。
系统为典型的物联⽹系统，分为传感层、传输层、平台层、应⽤层。
传感层：由降⾬量、位移形变、⼟压⼒、⼟壤含⽔率、孔隙⽔压⼒、泥⽯流泥（⽔）位泥⽯流流速、现场视频、图像采集摄像机组成，主要的功能是实时采集现场的降⾬量、位移变形、含⽔量、图像等信息。
传输层：由专⽤RTU与电信公⽹组成，主要的功能是实时读取处理各类传感器的数据，并通过⽆线的⽅式发送⾄系统平台。
平台层：主要功能包括：系统信息管理、测点信息管理、电⼦地图实时显⽰、实时在线监测、历史记录管理、报表曲线管理、⽇志管理等。
三. 系统功能：采集功能：可采集监测点⼟壤含⽔率、孔隙⽔压⼒、泥⽯流泥（⽔）位、泥⽯流流速、降⾬量等泥⽔⽂数据，掌握泥⽯流实时动态。
告警功能：泥⽯流泥位、降⾬量超过告警阈值时，监测站点主动向上级告警。
管理功能：具有数据分级管理功能，监测站点管理等功能。
存储功能：具备断电存储功能，掉电数据不丢失；数据库可以记录历史数据。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
华
北
水
利
水 电
学
院
学
报
２ ０ １ ３年 ８月
１ ． ２ 关 键 技 术
内， 报警 仪 电缆 连接 雨量计 ， 雨量计 检测 到降 雨后将
该系统 集成 了多 种 技 术 ， 包 括数 据 Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ ／ Ｇ Ｓ Ｍ
此 信息传 至数 据采 集 报警 仪 ， 报 警 仪计 算 累计 雨量 后 传至计 算机 ， 计算 机接收 、 储存后 列 出该 日雨量信
１ ） Ｏｌ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ２—５ ６ ３ ４ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ４． ０ ２ ２
新 型 泥 石 流 预 警 监 测 系统 设计
曹 波 ，闵 霁 ，杨 永 平 ，张 倩
（ １ ． 长 江工 程建 设 局 ， 湖北 武 汉 ４ ３ ０ ０ １ ０ ； ２ ． 长江勘测规划设计研究院 ， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ １ ０ ）
级报 警 ， 同时 即刻启 动 高清数 码相机 ， 以泥位标 尺 为
背景 采集 图片 发给计 算机 （ 光 暗 自动补 光 ） ， 监 测 人 员对 照 图片再 次进行 判别 ， 如 确认泥 石流 到来 ， 则发
出报 警 ； 警 报 以短信 发到 多个 相关责 任人 手机 上 ， 同 时 安装 在乡村 和城 镇 中的警报 器 由监控 计算机 发 出
指令， 无线 遥控 启 动并发 出警 报． 除 泥水 位 预警 子 系 统外 ， 泥石 流 预警 监 测 系统
本就 面 临生命 危 险 ， 发 现 险情 也 不 一 定 能 够 及 时 通
知灾 区居 民转移 ． 因此 ， 迫切 需要 研 发一 种新技 术 或
的所 有设 备均 由太 阳能 供 电 ， 监控 计 算 机 安装 在 监
摘 要 ： 为 了全 时 在 线 自动 监 测 预警 突 发 性 地 质 灾 害 （ 特别是泥石流 ） ， 设 计 开 发 了新 型 泥 石 流 预 警 监 测 系 统 ． 该 系 统 由泥 水 位 报 警 仪 子 系 统 、 雨量计子系统 、 视频监控 子系统 以及集 成软件 子系统组 成． 通 过 现 场 泥 水 位 观
息并 绘制 雨量柱 状 图 ， 同时 检查 实 时 雨量 、 日雨 量 ， 并 与 阈值 进行对 比是 否越 限 ， 若 越 限则 通 过 计 算机 音 频发 出指定报 警 音 ， 同时 向预 订 的 多部 手 机 发 出
件都 满 足时 ， 将 向监 控 计 算 机发 出泥 石 流 到 来 的 分
图 １ 系统 工作 流 程
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３—０ ３—１ ５
作者简 介 ： 曹
波（ １ ９ ８ １ 一） ， 男， 重庆梁平人 ， 工程师 ， 硕士， 主 要 从 事 水 利 工 程 建 设 管 理 与 施 工 技 术 方 面 的研 究
和水 平 ．
关键 词 ： 泥石 流； 预警 ； 监测 ； 系 统
中图 分 类 号 ： Ｔ Ｐ ３ １ １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ２— ５ ６ ３ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４— ０ ０ ８ ３— ０ ３
目前 在 我 国推 广 应用 的突 发性地 质 灾害监 测 预 警（ 尤 其对 泥 石 流进 行监 测 预 警 ） 技 术 主 要 以人 工
第 ３ ４卷 第 ４期
２ ０１ ３年 ８月 华源自北水利水 电
学
院
学
报
Ｖｏ １ ． ３ ４ ＮＯ ． ４ Ａｕ ｇ ．２ ０１ ３
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｃｏ ｎ ｓ ｅ ｒ ｖ ａ ｎ ｃ ｙ ａ ｎ ｄ Ｈｙ ｄ ｒ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ
测、 雨量观测和视频观察 ， 利用软件平台进行有线或无线信息传输 ， 可对泥石流活 动进行监测 ， 完 成 数 据 采
集、 管理 、 保存等工作 ， 可全程实时监测和收集有关泥石流形成 、 运动规律 、 灾害程 度等多方面 的信 息数据 ，
进行预报 ． 结 合 长 江 上 游 水 土 保 持 重 点 防治 区滑 坡 泥 石 流 预警 系统 建设 项 目 的实 际 系 统 检 测 ， 证 明该 系统 的应 用 不 仅 能 够增 加 泥 石 流 在 恶 劣 天 气 和 复 杂 气 象 条 件 下 的预 报 机 会 ， 还 提 高 了 泥 石 流 预 警 监 测 的技 术
灾害（ 特别是泥石流 ） ， 同 时 进行 现 场 实 时 报 警 ， 提 高泥 石 流预 警监测 水平 ．
１ 新 型 泥 石 流 预 警 监 测 系统 设 计
１ ． １ 系 统 设 计 方 案
泥
一 雨 量 采 集
§
太 阳 能 板 丑
图像及数据分析整理
当监 测地 区前方 （ 上游 ） 降 雨 量大 于 阂值 时 ， 监 控计 算机 根 据无线 遥 测雨量 站 报来 的数 据进行 初 判 断 和预 报 ； 当监 测泥石 流 沟 中到来 泥水 时 ， 泥 水位 探 头 会分 级预 报泥 石 流 的 到来 ； 当 降雨 和泥 水 两 个 条
测 站房 （ 远离 泥石 流沟 ） ， 警 报器 安 装 在需 要 报 警 的 乡村 和城 镇 中． 系统 工作 流程 如 图 １ 所示 ．
新手 段 以提 高泥石 流 预警 监测 水平 ． 为此 ， 设计 开 发
了一种新 型 泥石 流 预警 监 测 系 统 ， 通 过 现 场 的 泥 水 位 观测 、 雨量 观测 和 视 频 观察 的有 线 或 无 线 信 息 传 输， 并利 用软 件平 台全 时 在 线 自动 监 测 突 发 性 地 质
巡 视 巡查 、 简 易监测 为 主 ， 包 括埋 桩法 、 埋 钉法 、 上漆 法、 贴 片法 等 ， 这 些方 法 的监 测 报 警 技 术 比较 落 后 ， 在 恶劣 天气 和复 杂气 象条 件下 可能 会错 失灾 害预 报 机会 ， 造 成很 大 隐患 ； 另外 ， 巡 视 巡 查 人 员 在 现场 原