一种针对管道沿线滑坡灾害的动态预警系统及预警方法

本发明涉及地质灾害监测预警，具体涉及一种针对管道沿线滑坡灾害的动态预警系统及预警方法。

背景技术：

1、管道运输是一种随着石油和天然气工业的快速发展而兴起的特殊货物运输方式。这种方式具有运量大、运费低、占地少、不受气候限制、易于自动控制和可连续作业等众多优点。然而，由于油气管道的分布范围广泛，常常需要穿越地形复杂、地震频发和活动断裂带频繁的区域，这使得管道面临着滑坡等自然灾害的风险。这些灾害通常具有突发性和隐蔽性，一旦发生，可能会导致沿线地区遭受严重的经济损失和人员伤亡。

2、鉴于此，开发一种能从宏观角度评估管道滑坡风险的系统显得尤为重要。这样的系统不仅能提前识别并预警可能威胁管道安全的滑坡灾害，还能显著提升沿线居民的安全保障。

3、现有技术提出了一种基于面域形变观测的滑坡预警方法(专利号：cn116912068a)，该方法的核心在于收集面域形变数据，并在数据处理后，通过对比滑坡区域的形变特征与周边微地貌，来识别潜在的危险坡体，并进一步将其细分为不同子区域。该方法对每个子区域的平均形变进行计算，并绘制形变曲线。通过分析形变曲线的切线角变化，判断滑坡情况，并据此发出预警信号。

4、尽管上述现有技术为滑坡预警提供了新的视角，但在实际应用中，该方法仍存在一定的局限性。首先，该方法主要依赖单一的形变特征来判定坡体的预警等级，这在面对复杂多变的区域预警场景时显得不够全面。其次，在面对特定场景，如管道沿线的滑坡预警时，考虑滑坡与管道之间的相互关系至关重要，对于那些即使发生整体破坏也不会对管道造成重大影响的滑坡，不应发布过高级别的预警。然而，该现有方法在考虑滑坡的潜在性及其与管道的关联性方面尚未做出有效的调整，这限制了其在特定应用场景下的有效性。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种针对管道沿线滑坡灾害的动态预警系统及预警方法解决了现有技术未针对管道沿线进行实时且有效的滑坡灾害动态预警的问题。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、提供一种针对管道沿线滑坡灾害的动态预警系统，其包括数据库、管道沿线滑坡易发性评价模块、斜坡单元对管道影响情况评价模块、区域地表位移数据处理模块、管道沿线滑坡动态预警模块和预警信息发布模块；其中：

4、数据库，用于存储基础数据；基础数据包括地层岩性、管道路由、土地利用类型、道路分布情况、数字高程模型、坡度、起伏度、曲率、植被覆盖率和管道沿线滑坡数据；

5、管道沿线滑坡易发性评价模块，用于划分斜坡单元，评估研究区域内管道沿线滑坡发生的空间概率，并基于滑坡发生的空间概率将斜坡单元划分为非易发区、低易发区、中易发区和高易发区四个滑坡易发性级别；

6、斜坡单元对管道影响情况评价模块，用于分析斜坡单元在整体滑动后对管道的影响，并将斜坡单元划分为低影响等级斜坡单元、中影响等级斜坡单元、较高影响等级斜坡单元和高影响等级斜坡单元；

7、区域地表位移数据处理模块，用于实时获取并处理研究区域内的地表位移数据，并划分地表位移等级；其中地表位移等级包括低变形区域、较低变形区域、中等变形区域和较高变形区域；

8、管道沿线滑坡动态预警模块，用于根据研究区域内的地表位移数据、管道沿线滑坡发生的空间概率和斜坡单元在整体滑动后对管道的影响，实时确定管道沿线滑坡的预警等级；

9、预警信息发布模块，用于根据管道沿线滑坡的预警等级向油气输送管道的运维单位发布预警措施。

10、进一步地，管道沿线滑坡易发性评价模块包括斜坡单元划分子模块、评价指标处理子模块和易发性结果计算子模块；其中：

11、斜坡单元划分子模块，用于根据数字高程模型数据，采用水文学方法对研究区域进行斜坡单元划分；

12、评价指标处理子模块，用于通过皮尔逊相关系数法对各评价指标的独立性进行检验，剔除相关性大于阈值的评价指标；其中评价指标包括坡度、起伏度、高程、曲率、距管道距离、植被覆盖率、土地利用类型和距道路距离；

13、易发性结果计算子模块，用于获取管道沿线滑坡数据在各评价指标中的分布情况，并采用层次分析法对研究区域滑坡的易发程度进行量化计算，并根据计算结果将研究区域划分为非易发区、低易发区、中易发区和高易发区四个级别。

14、进一步地，斜坡单元对管道影响情况评价模块包括管道分段及分类子模块、相对坡向计算子模块、斜坡单元预测运动距离与实际距离比较子模块和斜坡单元对管道影响等级划分子模块；其中：

15、管道分段及分类子模块，用于根据管道的铺设状态，将位于管道上或相距管道设定距离内的斜坡单元进行分类，得到深埋隧道通过型斜坡单元和直埋铺设型斜坡单元；其中管道的铺设状态包括深埋隧道通过型和直埋铺设型；

16、相对坡向计算子模块，用于通过分析斜坡单元坡向和管道走向的关系，获取对直埋铺设型管道构成潜在影响的斜坡单元；

17、斜坡单元预测运动距离与实际距离比较子模块，用于通过比较斜坡单元运动距离和其与管道之间的实际距离的值，进一步获取对直埋铺设型管道构成潜在影响的斜坡单元；

18、斜坡单元对管道影响等级划分子模块，用于根据斜坡单元的类型及其预测运动距离与实际距离的比较结果，划分斜坡单元对管道的影响等级。

19、进一步地，在斜坡单元对管道影响等级划分子模块中，对于深埋隧道穿越型斜坡单元，将其划分为低影响等级斜坡单元；

20、对于与直埋铺设管道相交的斜坡单元，将其划分为高影响等级斜坡单元；

21、对于位于管道隧道口的斜坡单元，将其划分为高影响等级斜坡单元；

22、对于与直埋铺设管道不相交且不会影响管道的斜坡单元，将其划分为低影响等级斜坡单元；

23、对于与直埋铺设管道不相交但可能影响管道的斜坡单元，若实际距离减去滑动距离大于50m，则将其划分为低影响等级斜坡单元；若实际距离减去滑动距离大于0且小于50m，则将其划分为中影响等级斜坡单元；若实际距离小于滑动距离，则将其划分为较高影响等级斜坡单元。

24、进一步地，区域地表位移数据处理模块包括sar数据自动下载子模块、sar数据自动处理子模块和区域地表位移等级划分子模块；其中：

25、sar数据自动下载子模块，用于通过在open access hub网站上实时搜索并下载新发布的sar数据，获取最新的区域地表信息；

26、sar数据自动处理子模块，用于对下载的sar数据依次进行轨道校正、大气效应校正、干涉图生成、相位解缠、地形效应去除和地表位移提取，得到地表位移数据；

27、区域地表位移等级划分子模块，用于将形变速率绝对值小于10毫米/年的区域归类为低变形区域，将形变速率绝对值为10毫米/年至30毫米/年的区域归类为较低变形区域，将形变速率绝对值为30毫米/年至50毫米/年的区域归类为中等变形区域，将形变速率绝对值大于或等于50毫米/年的区域归类为较高变形区域。

28、进一步地，在管道沿线滑坡动态预警模块中：

29、若斜坡单元处于中易发区或高易发区、中等变形区域或较高变形区域、较高影响等级或高影响等级，则将其划分为滑坡预警等级ⅰ级；

30、若斜坡单元处于低易发区、较高变形区域、较高影响等级或高影响等级，则将其划分为滑坡预警等级ⅰ级；

31、若斜坡单元处于低易发区、中等变形区域、高影响等级，则将其划分为滑坡预警等级ⅰ级；

32、若斜坡单元处于非易发区、较高变形区域、高影响等级，则将其划分为滑坡预警等级ⅰ级；

33、若斜坡单元处于中易发区或高易发区、较低变形区域、高影响等级，则将其划分为滑坡预警等级ⅰ级；

34、若斜坡单元处于中易发区或高易发区、较低变形区域、较高影响等级，则将其划分为滑坡预警等级ⅱ级；

35、若斜坡单元处于低易发区或中易发区、中等变形区域、较高影响等级，则将其划分为滑坡预警等级ⅱ级；

36、若斜坡单元处于低易发区、较低变形区域、较高影响等级或高影响等级，则将其划分为滑坡预警等级ⅱ级；

37、若斜坡单元处于非易发区、中等变形区域、较高影响等级或高影响等级，则将其划分为滑坡预警等级ⅱ级；

38、若斜坡单元处于高易发区、较高变形区域、低影响等级或中影响等级，则将其划分为滑坡预警等级ⅲ级；

39、若斜坡单元处于高易发区、中等变形区域、低影响等级或中影响等级，则将其划分为滑坡预警等级ⅲ级；

40、若斜坡单元处于高易发区、较低变形区域、中影响等级，则将其划分为滑坡预警等级ⅲ级；

41、若斜坡单元处于中易发区、较高变形区域、低影响等级或中影响等级，则将其划分为滑坡预警等级ⅲ级；

42、若斜坡单元处于中易发区、中等变形区域、低影响等级或中影响等级，则将其划分为滑坡预警等级ⅲ级；

43、若斜坡单元处于中易发区、较低变形区域、中影响等级，则将其划分为滑坡预警等级ⅲ级；

44、若斜坡单元处于中易发区、较低变形区域、较高影响等级或高影响等级，则将其划分为滑坡预警等级ⅲ级；

45、若斜坡单元处于低易发区、较高变形区域、低影响等级或中影响等级，则将其划分为滑坡预警等级ⅲ级；

46、若斜坡单元处于低易发区、中等变形区域、中影响等级，则将其划分为滑坡预警等级ⅲ级；

47、若斜坡单元处于低易发区、低变形区域、较高影响等级或高影响等级，则将其划分为滑坡预警等级ⅲ级；

48、若斜坡单元处于低易发区、较高变形区域、中影响等级，则将其划分为滑坡预警等级ⅲ级；

49、若斜坡单元处于低易发区、较低变形区域、较高影响等级或高影响等级，则将其划分为滑坡预警等级ⅲ级；

50、将斜坡单元的其余情况划分为滑坡预警等级ⅳ级。

51、进一步地，在预警信息发布模块中：

52、若滑坡预警等级为ⅳ级，则不进行预警措施；

53、若滑坡预警等级为ⅲ级，则建议运维单位对相关区域进行定期巡检；

54、若滑坡预警等级为ⅱ级，则要求运维单位对相关区域实施持续监测；

55、若滑坡预警等级为ⅰ级，则建议运维单位采取紧急防范措施。

56、提出一种基于针对管道沿线滑坡灾害的动态预警系统的预警方法，其包括以下步骤：

57、s1、获取并存储基础数据；其中基础数据包括地层岩性、管道路由、土地利用类型、道路分布情况、数字高程模型、坡度、起伏度、曲率、植被覆盖率和管道沿线滑坡数据；

58、s2、划分斜坡单元，评估研究区域内管道沿线滑坡发生的空间概率，并基于滑坡发生的空间概率将斜坡单元划分为非易发区、低易发区、中易发区和高易发区四个滑坡易发性级别；

59、s3、分析斜坡单元在整体滑动后对管道的影响，并将斜坡单元划分为低影响等级斜坡单元、中影响等级斜坡单元、较高影响等级斜坡单元和高影响等级斜坡单元；

60、s4、实时获取并处理研究区域内的地表位移数据，并划分地表位移等级；其中地表位移等级包括低变形区域、较低变形区域、中等变形区域和较高变形区域；

61、s5、根据研究区域内的地表位移数据、管道沿线滑坡发生的空间概率和斜坡单元在整体滑动后对管道的影响，实时确定管道沿线滑坡的预警等级，并识别滑坡风险；

62、s6、根据管道沿线滑坡的预警等级向油气输送管道的运维单位发布预警措施。

63、进一步地，步骤s3包括以下子步骤：

64、s3-1、根据管道的铺设状态，将位于管道上或相距管道设定距离内的斜坡单元进行分类，得到深埋隧道通过型斜坡单元和直埋铺设型斜坡单元；其中管道的铺设状态包括深埋隧道通过型和直埋铺设型；

65、s3-2、从研究区内筛选出与直埋铺设型管道不相交的斜坡单元，将管道走向统一调整为正北方向，并相应地调整斜坡单元的坡向为相对值；对于负值的相对坡向，采取加360°的方法进行调整；

66、s3-3、将位于管道右侧的斜坡单元，对管道有影响的相对坡向取值为195°-345°；将位于管道左侧的斜坡单元，对管道有影响的相对坡向取值为15°-165°，进而根据相对坡向确定可能对管道构成威胁的斜坡单元；

67、s3-4、根据公式：

68、

69、获取斜坡单元预测运动距离l；其中a为常数，取值为20；tan为正切函数；θ为斜坡坡度；b为触发因子，正常条件下取值为1，地震和强降雨条件下取值为1.5～2.0；n的取值范围为0.5～1，并在前缘无阻挡情况下取最大值；δh为滑坡体相对高差；

70、s3-5、通过比较斜坡单元运动距离和其与管道之间的实际距离的值，进一步获取对直埋铺设型管道构成潜在影响的斜坡单元；

71、s3-6、根据斜坡单元的类型及其预测运动距离与实际距离的比较结果，划分斜坡单元对管道的影响等级。

72、本发明的有益效果为：本发明通过综合利用地表位移数据和相关地质环境因素，本发明能够更准确地判定对管道安全构成威胁的坡体，并合理发布预警级别；本发明不仅在初始阶段提供预警，还能够根据地表位移的实时变化，及时更新预警信息，确保预警的时效性和准确性；本发明特别针对管道沿线的特定地质和环境条件，使预警更具针对性和适用性，从而在实际应用中提高了预警的有效性。