基于微震仪的沟槽型雪崩监测预警方法

本发明涉及监测和预警的方法，特别是基于微震仪的沟槽型雪崩监测预警方法。

背景技术：

1、雪崩是山坡大量积雪在重力驱动下倾泻而下形成的一种自然现象，是在中、高纬度多雪山区广泛分布的自然现象和物质运动形式，与泥石流、岩崩、滑坡等山地灾害一样，都属于重力过程。雪崩参与地表物质输送和地貌、水文等过程，影响植物群落的发育和分布，由其引发的直接灾害或链生灾害，对多雪山区的人类活动产生重要影响。

2、沟槽型雪崩是指雪崩流通区有沟槽地形约束雪崩流动的雪崩类型。由于狭窄的流通沟槽约束，沟槽型雪崩流体中的雪颗粒之间不断碰撞挤密，颗粒愈加致密，使得单位体积雪崩流体动量更大，具备强大的冲击破坏力，危害最为严重。我国冰川广布、积雪众多。青藏高原、天山等地均有大量沟槽型雪崩发育，对社会、经济以及国防造成严重危害和广泛影响。随着重大工程建设往高寒山区的推进，雪崩灾害问题受到公众和学界越来越多的关注和重视。重大雪崩灾害事故对多雪山区重大工程建设的防灾减灾工作起到了警示作用，突出了高寒山区重大工程建设雪崩监测预警的重要性。

3、关于雪崩灾害相关的实用新型专利和发明专利均较少，且大多数都是电子领域的雪崩光电二极管相关专利。与本发明较为接近的现有技术包括“一种基于评估山坡积雪稳定性的雪崩监测预警方法”(cn114913672a)、“雪崩监测预警系统及方法”(cn108806196a)和“基于红外和振动的雪崩监测报警仪器”(cn204256899u)。分析如下：

4、1、“一种基于评估山坡积雪稳定性的雪崩监测预警方法”是一种基于评估山坡积雪稳定性的雪崩监测预警方法，包括以下步骤：步骤s1)构建降雪诱发雪崩预警模型safw；步骤s2)采集雪崩易发区的地形数据、雪场数据，以及通过架设在雪崩易发区的自动化气象站实时监测气象数据；步骤s3)基于北斗传输将雪场数据、地形数据以及单位时间内的气象数据与传输至室内数据收集平台；步骤s4)将实时监测数据输入至sfaw模型中，sfaw模型输出区域雪崩释放系数ari，并判别雪崩是否发生。

5、该方法所依托的山坡积雪稳定性存在一定的局限性，特别是该专利提及的降雪诱发雪崩预警模型safw仅是一个理论模型，其实用性、可靠性尚待验证。此外，该方法提及的自动化气象站，如果架设在雪崩形成区，则难以解决低温极端环境的供电问题；如若架设在低海拔的雪崩堆积区，那么监测数据不能代表雪崩形成区，会加大其理论计算的误差。

6、2、“雪崩监测预警系统及方法”包括：由多颗物联网卫星组成的物联网星座、地面中心、地面终端和雪崩监测预警平台，地面终端进行积雪状态数据的采集，并将积雪状态数据发送至物联网卫星，物联网卫星将积雪状态数据发送至地面中心，地面中心接收积雪状态数据后，通过地面网络将该积雪状态数据发送至雪崩监测预警平台，进而，雪崩监测预警平台基于积雪状态数据和预设雪崩预警判据进行判断雪崩监测区域是否存在雪崩隐患。

7、该发明表述其利用物联网卫星进行数据的传输，能够有效地解决现有技术中因为地面网络无法覆盖所导致的积雪状态数据无法传输问题，进而能实现对雪崩监测区域的持续监测。但是，目前尚无物联网卫星可为该系统方法提供实现条件。此外，该系统测试数据较少，只提及对积雪速度、加速度以及位移进行监测，未见可靠的监测手段。

8、3、“基于红外和振动的雪崩监测报警仪器”，包括振动传感器、红外测距位移计、数据自动记录仪、数据采集终端、无线网络终端、智能红绿灯系统；振动传感器和红外测距位移计与数据采集终端连接，数据采集终端与数据自动记录仪连接，数据采集终端与无线网络终端连接，无线网络终端通过无线网络与智能红绿灯系统通信。

9、该实用新型所述的基于红外和振动的雪崩监测报警仪器通过对雪崩区域采用红外及振动的监测方式，确定雪崩发生的时间，并通过无线传感网组网与传输技术将信息发送到公路沿线设置的专用红绿灯系统，实现雪崩区域预警功能。该方案中的红外测距位移计的探测距离有限，难以满足多雪山区的长达几公里的斜坡距离；此外，沟槽型雪崩的形成区往往由于地形遮挡，架设在斜坡底部的设备并不能探测到雪崩形成区的积雪位移。此外，该方案中提及的振动传感器未注明是何类振动传感器。雪崩活动仅能激发能量级较低的微震动信号，通常的振动传感器并不能有效监测雪崩激发的微震动信号。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于微震仪的沟槽型雪崩监测预警方法，提供对雪崩地貌范围内相关监测数据的实时采集、传输、计算、分析，直观展示各项监测、监控信息数据的历史变化过程及当前状态，并且具有高可靠性和安装便捷性。

2、本发明基于微震仪的沟槽型雪崩监测预警方法，包括步骤：

3、a.设置数据采集设备：

4、在雪崩形成区和雪崩堆积区的附近分别设置气象监测站，对气象要素进行监测；气象监测站还通过视频监控雪崩形成区、堆积区和设防路段；

5、在雪崩堆积区的两侧分别布设微震仪，用以监测雪崩启动和运动过程中激发的震动数据；

6、在雪崩流通沟槽的上端和下端分别布设有压力传感器，用以监测雪崩运动产生的压力；

7、b.雪崩监测：

8、通过数据采集设备中的气象监测站，监测雪崩范围以及设防区域的气象要素、积雪层的温湿度和位移数据，并且通过气象监测站中的视频设备监测是否降雪；通过微震仪监测雪崩堆积区的微震动；通过压力传感器监测雪崩运动在雪崩流通沟槽产生的压力；

9、c.雪崩预警：

10、当监测到雪崩范围以及设防区域降雪后，雪崩预警进入启动阶段，对雪崩范围以及设防区域的积雪厚度进行关注级别的监测和预警；当所述积雪厚度达到预设的阈值时，进行警戒级别的监测和报警；当微震仪和压力传感器监测到雪崩启动和运动的信号时，进行警报级别的检测和报警。

11、本发明实现了对雪崩地貌范围内相关监测数据的实时采集、传输、计算、分析，并且直观展示了各项监测、监控信息数据的历史变化过程及当前状态。通过各类数据采集设备和相应的设置位置，能够有效侦测到雪崩启动信号，以及雪崩运动信号，抢在灾害抵达设防地区前，向设防地区提前几秒至数十秒发出警报，告知人们采取应急措施，以减小当地的损失。

12、进一步的，在雪崩范围以及设防区域设有声光报警器，用以对不同级别的预警和报警进行相应的响应。

13、进一步的，所述数据采集设备均为有线供电。

14、进一步的，数据采集设备采集的数据和各种指令数据均通过有线方式进行传输。

15、有线供电和有线传输能够保障数据采集设备在极低的气温条件下稳定工作。在现有技术中，大多采用太阳能供电，这种方式对于雪崩严重的阴坡在冬季长时段没有阳光直射，可能导致数据采集设备无法正常工作，无法有效、及时的对雪崩数据进行采集和预警。

16、在此基础上，对地形条件受限的雪崩形成区的气象监测站也可以采用中继站+无线的传输方式。

17、进一步的，将雪崩流通沟槽的上端和下端的压力传感器分别安装在支撑柱上，沿支撑柱的长度方向每半米安装1个压力传感器。

18、进一步的，根据设置支撑柱的场地地质情况，支撑柱嵌入地下1～2米，地表以上3～4米。

19、进一步的，通过钢缆牵引对支撑柱进行稳固。

20、本发明的有益效果包括：

21、1、适用性强。实现了对雪崩地貌范围内相关监测数据的实时采集、传输、计算、分析；能够直观展示各项监测、监控信息数据的历史变化过程及当前状态，为管理人员提供简单、明了、直观、有效的信息参考。

22、2、可靠性高。有线供电和有线传输保障了数据采集设备能够在极低气温条件下稳定工作。微震监测技术手段可以有效侦测到雪崩启动的信号，布设在雪崩流通沟槽的压力传感器可提供十分可靠的雪崩运动信号，抢在灾害抵达设防地区前，向设防地区提前几秒至数十秒发出警报，告知人们采取应急措施，以减小当地的损失。

23、3、安装便捷。各种数据采集设备在现场安装中可因地制宜，根据现场雪崩活动范围及对应的地形条件进行布设。