11.基于三维GIS的滑坡灾害监测预警系统及应用

万方数据

３３８０岩土力学２００９年

表形态信息和地质分布信息，通过剖面图信息和钻孔信息等资料，能够生成三维地质模型。建立三维地质模型的主要难点在于：地质体是一个三维性、非均质性非常明显的复杂体，然而工程中由于成本等原因导致获取的资料分布及其不均匀，也就是说，在重点监测部分的地质信息获取资料真实而且详细，在非重点区域中的地质资料基本靠推测得到。２．１地表ＴＩＮ模型的建立

相对于地质模型，地表模型的资料是容易获取并且精度比较高。在工程中，地表模型的资料一般表现为等高线的形成，数据格式多数为ＡＵＴＯＣＡＤ的格式，通过读取ＡＵＴＯＣＡＤ文件，可以获得地表模型的离散点，对地表离散点集合，通过重要点法（ⅥＰ法）取得离散点的重要点集，然后采用三角网生长算法将重要点集剖分为ＴＩＮ［１２－１３］网格。图ｌ表达了三角网剖分的三角网生长法剖分步骤。

对原始数据进行递

ｐｊ分割．将原始数

～．田ｌ三角冈剖分－三角罔生长算法

Ｆｉｇ．１Ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ—ｇｒｏｗｉｎｇｍｅｔｈｏｄｆｏｒｄｅｌａｕｎａｙ

ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ

２．２滑坡体模型的建立

相对于地表模型的建立来说，滑坡体模型的建立相对比较复杂，其主要原因是由于地质资料调查不够详细。为了通过少量的钻孔资料和地质剖面线资料建立滑坡体模型，需要充分利用地表模型提供的信息。如图２所示钻孔的Ｚｌ、Ｚ２、Ｚ３的地质分层数量不一致，对Ｚ３钻孔中没有Ｉ层的信息，所以对第Ｕ面进行插值时，在Ｚ３钻孔的位置采取第１个面的高度进行代替。在最终进行插值时，不采取高度直接插值，而是采用第１面和ＩＩ面的差来进行插值。插值完成后，用第１面的高度减去第１Ｉ面的高度，得到第１Ｉ面的最终高度。对于第１Ｉ面和第１面高度一致的地方，采用无效值代替第１Ｉ面的高度，进行有约束条件的构造ＴＩＮ，形成第１Ｉ面的ＴＩＮ。

图２通过钻孔与地表数据共同插值

Ｆｉｇ．２Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｎｇｂｙｄｒｉｌｌａｎｄｔｅｒｒａｉｎ

对于其他各层的数据面，采用相同的方法进行构建。对不同的层，将边界进行连接，形成最终的滑坡体地质模型。

３系统预测模型的建立

ＡＲＭＡ序列‘１４—１５】的数学模型是有限参数线形模型，对于满足有限参数线形模型的平稳时间序列的分析，在理论上已趋成熟，并且广泛应用在很多的领域。它用有限参数线形模型描述时间序列的自相关结构，便于进行统计分析与数学处理。在监测数据的预测中，利用ＡＲＭＡ模型描述的时间序列预报问题有着重要的意义。

把具有如下结构的模型称为自回归滑动平均模型，简记为ＡＲＭＡ（ｐ，ｑ）：

藜曩００Ｖａｔ（ｅ，）ｊ０篡．２：ｔ～坼１｝砟≠ｏ，伤≠ｌ

Ｅ（‘）＝，＝。，Ｅ（￡‘）＝ｏ，ｓ≠ＪＥ（‘乞）＝ｏ，协＜ｆＪ

式中：Ｐ、ｑ称为模型阶数，卢＝（晚，钨，…，丸，仍，…，仍）∈ＲｐⅢ１为模型参数。若庇＝０，则称该模型为中心化ＡＲＭＡｐ，ｇ）：若Ｐ－－０，则该模型为滑动平均模型ＭＡ国）；若ｇ＝ｏ，则该模型为自回归模型ＡＲ（ｐ）。

通过计算可以得到自相关函数ｄＣＦ与偏自相关函数ＰＡＣＦ，从而可以确定出模型及其阶数，以及模型参数∥，得到预测方程如下：

Ｇｏ＝ｌ，Ｇｊ＝∑（群Ｇｆ一。一《）（七≥１）（２）

七；Ｊ

ｒＰ口

ｌ∥＋∑馋暑（，一０一∑谚￡（ｆ＋，一ｆ），，≤ｑ

暑（，）＝｛。吾纠（３）Ｉ∥＋∑谚ｌ（，一ｆ），，＞ｇ

》》

型∞一驹：一固：酉万方数据

第１ｌ期王威等：基于三维ＧＩＳ的滑坡灾害监测预警系统及应用

３３８１

其中：

，一１

％ｒ（白（ｆ））＝∑砰《，Ｖｌ≥１

ｉ＝０

。，

ｆ咴，

Ｉ≤ｋ≤Ｐ

以２协＞ｐ

《＝｛象二＞：≤七≤口（４）

（５）

（６）

渺∞妻茎：

㈣

《可由样本方差篚代替：这里岛是利用ｌ步

预测方程得到的预测值与真实观察值间的误差。

《＝Ｉ∑（岛一虿）２／（ｔ－１）ｌ，虿＝∑ｑ／，

（８）

＼ｉ＝１

一，

ｉ＝１

记尸（ｆ）为根据ＡＲＭＡ模型得到的ｔ时刻的预测

值，令￡＝兄√（１＋砰＋…＋《）矿，２＞１，为常数，

区间【Ｐ（ｆ）一￡，尸（ｆ）＋￡】不包含ｔ时刻的真实值的概率最多为１／五２。根据输入的五值，可以得到对应概率的预警区间，将上述算法在系统中进行实现，从而达到对预测数据进行报警的目的。

４三维ＧＩＳ自动化监测系统

４．１监测数据的获取

任何系统的首要任务是要解决数据来源的问题，

滑坡监测数据获取主要是通过遍布在滑坡监测区域的相关自动化监测的仪器获取相关的监测数据。对于滑坡主要的监测数据应该包括：

（１）地表位移ＧＰＳ监测通过埋设在滑坡上的

ＧＰＳ仪器，获得监测点的丘ｙ、ｚ坐标。

（２）滑坡压降雨量监测采用翻斗式雨量计对滑坡压降雨量进行监测。

（３）深部位移钻孔倾斜仪监测将测斜管则预

埋在岩土体的钻孔内，当岩土体发生位移时，测斜管也随之发生倾斜变化，从而得到测斜管每段的水平位移增量。

４．２监测数据的传输

为了达到自动化监测的目的，在各类监测仪器

自动获取到相关的监测数据后，根据监测的数据的特点，采用不同的传输方式，对监测数据量大的仪器或者没有集成ＧＰＲＳ的仪器，如：ＧＰＳ接收机、深部位移钻孔倾斜仪、地表裂缝计等仪器采取北斗导航卫星通信系统ｌｌ６Ｊ进行数据传输；而对自动雨量计，由于仪器设备集成了ＧＰＲＳ设备，则直接利用ＧＰＲＳ进行数据传输。具体的传输方式为终端至终端模式，即系统由发送方通过远程通信机直接向接受方数据中心的通信机发送指令，完成数据传递。如图３所示，滑坡监测中心收到数据后将数据入后台ＯＲＡＣＬＥ数据库中，再由三维滑坡灾害预警系统进行调用和分析。

豳３监测教据传输网络示意图

Ｆｉｇ．３

Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｄｉａｇｒａｍｍａｔｉｃｓｋｅｔｃｈｏｆｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ

ｄａｔａ

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