一种泥石流监测预警方法及系统与流程

本发明涉及智能监测技术，具体涉及一种泥石流监测预警方法及系统。

背景技术：

1、泥石流是一种自然灾害现象，通常发生在山区或其他地形陡峭的地方。它主要是由暴雨、冰雪融水等水源激发，含有大量泥沙、石块的特殊洪流。泥石流具有突然性以及流速快、流量大、物质容量大和破坏力强等特点。它往往沿着陡峻的山沟或坡面顺流而下，在很短时间内将大量泥沙石块冲出沟外，在宽阔的堆积区横冲直撞、漫流堆积，常常给人类生命财产造成重大危害。

2、泥石流的发生和降雨量有着密切直接的关系，但是受不同地质环境影响，泥石流产生的情况各异，难以进行准确的监测。现有技术中，申请号为cn201911161177.9的中国专利公开了一种泥石流沟道中山洪泥石流灾害监测方法。该方法利用山洪泥石流在泥石流沟道中行进时形成的环境噪声数据波形在噪声值大小、衰减特征方面都具体独特性，能够使其自身与其它环境噪声相区分的信号特征，采用滤波分析有效地提取信号中的噪声值与时间特征信息，在解读环境噪声信号样本l沿时间轴的多项衰减、振荡、激发特征后，辨识出山洪泥石流的主要运动特征及其到达监测断面的时间，通过增设监测断面，该方案能够进一步监测山洪泥石流在监测断面间的位置与其流速，但是单纯依靠声音监测背景噪音过大，识别结果精度不足。

技术实现思路

1、为了至少克服现有技术中的上述不足，本技术的目的在于提供一种泥石流监测预警方法及系统。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种泥石流监测预警方法，包括：

3、监测目标泥石流源区域的降雨数据；

4、当产生降雨数据时，采集所述目标泥石流源区域的图像信息作为基准图像信息，并采集所述目标泥石流源区域的声音信息作为初始声音信息；

5、当所述降雨数据超过警戒值时，采集所述目标泥石流源区域的图像信息作为当前图像信息，并采集所述目标泥石流源区域的声音信息作为当前声音信息；

6、根据当前的所述降雨数据修正所述初始声音信息形成背景声音信息，并计算所述当前声音信息和所述背景声音信息的差值作为冲击声音信息；

7、根据所述当前图像信息修正所述基准图像信息形成背景图像信息，并计算所述当前图像信息与所述背景图像信息的差值作为流体图像信息；

8、对所述冲击声音信息进行编码生成声音编码，对所述流体图像信息编码生成图像编码，并将所述声音编码、所述图像编码和对应的所述降雨数据进行多模态融合形成融合信息；

9、将所述融合信息输入预设的识别模型，并接收所述识别模型输出的预警信息作为对应当前的降雨数据的泥石流发生风险。

10、本技术实施例实施时，采用了一种通过多维度数据进行泥石流监测的方案；其中不同的数据需要通过不同的监测设备获取，如降雨数据可以采用雨量计获取，一般采用单位时间内的雨量。在开始发生降雨时，可以开启对应的设备采集基准图像信息和初始声音信息，此时刻的图像信息和声音信息可以作为基准对后续采集的图像信息和声音信息进行修正。如果降雨数据超过警戒值，说明该地区已经存在了泥石流风险，此时需要持续记录当前图像信息和当前声音信息，应当理解的是，警戒值的具体取值可以根据不同区域的实际情况进行，本领域技术人员可以根据需要设定相应的警戒值。

11、在本技术实施例中，由于在降雨初期已经获取了初始声音信息，所以可以根据当前的降雨数据将该初始声音信息修正为背景声音信息，在初始声音信息中，如果泥石流的流径存在流体流动，其一般也不会特别大，只有在汇聚到河谷中时，其声音才会明显的被采集到，所以一般认为初始声音信息中是不包含流体流动的声音的；而当前声音信息对应于超过了警戒值的降雨量，此时泥石流的流径中会存在大量的流体，其造成的冲击和冲刷的声音会明显的表达在当前声音信息中，所以通过当前声音信息和背景声音信息之间的差值可以获取水流冲击的声音，即冲击声音信息。

12、在本技术实施例中，流径中流体的体积的增大，会明显的表达于当前图像信息中，为了将这部分内容提取出来，通过计算当前图像信息与背景图像信息的差值实现，应当理解的是，随着天气的变化，当前图像信息的背景亮度和背景图像信息也会存在差异，所以需要进行相应的修正。

13、在本技术实施例中，为了实现对冲击声音信息、流体图像信息和降雨数据进行融合，需要对冲击声音信息和流体图像信息进行相应编码，具体的编码方式一般需要在这些数据的头部加入标识，降雨数据一般在融合时可以采用加入标识的方式，也可以选择作为独立行数据进行输入，本技术实施例不多做限定。形成融合信息后，输入预设的识别模型可以进行综合识别，该识别模型可以采用现有技术中较为成熟的transformer进行，在实际使用时，transformer可以将冲击声音信息、流体图像信息和降雨数据生成对应的token，再通过以及预训练好的部分进行识别，以此来实现多模态融合，现有技术中多模态融合技术已经较为成熟，本技术实施例不多做限定。应当理解的是，在本技术实施例中的识别模型的输入数据是融合信息，输出数据是预警信息，预警信息一般为发生泥石流风险的概率，如识别出当前场景下，已经产生泥石流的概率为50%。本技术实施例通过上述技术手段，可以综合的评估多维的泥石流相关数据，并且对每个维度的泥石流数据都做了相应的降噪处理，可以有效的对当前点位泥石流发生情况进行监测识别，识别准确率高。

14、在一种可能的实现方式中，根据当前的所述降雨数据修正所述初始声音信息形成背景声音信息包括：

15、将所述初始声音信息从时域信号转换至频域信号，并通过分段拟合函数计算不同频率范围内对应当前的所述降雨数据的修正值；

16、根据所述修正值对对应频率范围内的所述频域信号进行修正形成所述背景声音信息。

17、在一种可能的实现方式中，所述分段拟合函数的生成包括：

18、在实验室环境下对覆盖植被的山坡环境进行降水试验，获取试验降水数据和试验声音数据；

19、将所述试验声音数据进行频域分析，并根据所述试验降水数据对不同频率下所述试验声音数据的影响将所述试验声音数据分为多个频率范围；

20、对每个频域范围内的所述试验声音数据和所述试验降水数据进行数据拟合形成所述分段拟合函数。

21、在一种可能的实现方式中，所述识别模型的生成包括：

22、在所述降水试验的过程中，采集所述山坡环境中流径的图像作为样本图像，并采集所述流径处的声音作为样本声音；

23、对所述试验降水数据、对应的所述样本图像和对应的所述样本声音进行编码后形成输入样本，并评估当前状态下所述山坡环境的泥石流风险作为输出样本；

24、通过多组输入样本和输出样本训练模型形成所述识别模型。

25、在一种可能的实现方式中，计算所述当前图像信息与所述背景图像信息的差值作为流体图像信息包括：

26、在所述背景图像信息的预设区域内提取灰度平均值作为背景灰度值，并在所述当前图像信息的相同的所述预设区域内提取灰度平均值作为前景灰度值；所述预设区域不包括流径区域；

27、调整所述当前图像信息的对比度至所述前景灰度值等于所述背景灰度值，并将调整后的所述当前图像信息作为当前修正信息；

28、计算所述当前修正信息和所述背景图像信息的图像差值并滤波后形成所述流体图像信息。

29、在一种可能的实现方式中，将所述声音编码、所述图像编码和对应的所述降雨数据进行多模态融合形成融合信息包括：

30、为所述声音编码设置声音头部标识，并将所述声音头部标识放置于所述声音编码的最前端形成修正声音编码；

31、为所述图像编码设置图像头部标识，并将所述图像编码标识放置于所述图像编码的最前端形成修正图像编码；

32、将所述降雨数据、所述修正声音编码和所述修正图像编码顺序排列形成所述融合信息。

33、第二方面，本技术实施例还提供了一种泥石流监测预警系统，包括：

34、降雨单元，被配置为监测目标泥石流源区域的降雨数据；

35、采样单元，被配置为当产生降雨数据时，采集所述目标泥石流源区域的图像信息作为基准图像信息，并采集所述目标泥石流源区域的声音信息作为初始声音信息；

36、当所述降雨数据超过警戒值时，采集所述目标泥石流源区域的图像信息作为当前图像信息，并采集所述目标泥石流源区域的声音信息作为当前声音信息；

37、修正单元，被配置为根据当前的所述降雨数据修正所述初始声音信息形成背景声音信息，并计算所述当前声音信息和所述背景声音信息的差值作为冲击声音信息；

38、根据所述当前图像信息修正所述基准图像信息形成背景图像信息，并计算所述当前图像信息与所述背景图像信息的差值作为流体图像信息；

39、编码单元，被配置为对所述冲击声音信息进行编码生成声音编码，对所述流体图像信息编码生成图像编码，并将所述声音编码、所述图像编码和对应的所述降雨数据进行多模态融合形成融合信息；

40、识别单元，被配置为将所述融合信息输入预设的识别模型，并接收所述识别模型输出的预警信息作为对应当前的降雨数据的泥石流发生风险。

41、在一种可能的实现方式中，所述修正单元还被配置为：

42、将所述初始声音信息从时域信号转换至频域信号，并通过分段拟合函数计算不同频率范围内对应当前的所述降雨数据的修正值；

43、根据所述修正值对对应频率范围内的所述频域信号进行修正形成所述背景声音信息。

44、在一种可能的实现方式中，还包括试验单元；所述试验单元被配置为：

45、在实验室环境下对覆盖植被的山坡环境进行降水试验，获取试验降水数据和试验声音数据；

46、将所述试验声音数据进行频域分析，并根据所述试验降水数据对不同频率下所述试验声音数据的影响将所述试验声音数据分为多个频率范围；

47、对每个频域范围内的所述试验声音数据和所述试验降水数据进行数据拟合形成所述分段拟合函数。

48、在一种可能的实现方式中，所述试验单元还被配置为：

49、在所述降水试验的过程中，采集所述山坡环境中流径的图像作为样本图像，并采集所述流径处的声音作为样本声音；

50、对所述试验降水数据、对应的所述样本图像和对应的所述样本声音进行编码后形成输入样本，并评估当前状态下所述山坡环境的泥石流风险作为输出样本；

51、通过多组输入样本和输出样本训练模型形成所述识别模型。

52、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

53、本发明一种泥石流监测预警方法及系统，可以综合的评估多维的泥石流相关数据，并且对每个维度的泥石流数据都做了相应的降噪处理，可以有效的对当前点位泥石流发生情况进行监测识别，识别准确率高。