一种基于工程岩体质量的崩塌气象风险预警方法和系统与流程

1.本发明涉及地质灾害预警技术领域，尤其涉及一种基于工程岩体质量的崩塌气象风险预警方法和系统。


背景技术：

2.岩体崩塌是一种常见的的突发地质灾害类型。由于其特有的突发性和隐蔽性，危岩体分布的广泛性，灾害演化及破坏方式的复杂性，预警、预报、预防的难度较大。
3.为了及时发现潜在的岩体崩塌风险，现有技术通常倾向于在边坡、倾斜山体等容易发生崩塌的监测区域布置专门的监测装置，通过采集和分析岩体内部的振动信息、位移信息等数据来对崩塌灾害发生的风险进行预警。但是这种方法需要在监测区域布置监测装置，当监测区域较大时，会使得监测成本大幅提升。而且，使用监测装置只能对监测区域进行单点式的监测，监测装置只能采集到有限范围内的数据，无法实现对监测区域的全面覆盖。接着，由于监测装置通过振动信息、位移信息等监测崩塌风险，因而当其监测到潜在风险时，通常意味着已经发生岩体崩塌或即将发生岩体崩塌，为灾害预防单位预留出的反应时间很短，不便灾害预防措施的实施。此外，由于岩体崩塌、泥石流、山体滑坡等地质灾害都会产生类似的振动信息、位移信息，因而监测装置即便监测到潜在的灾害风险时，也无法清楚地区别灾害类型，因而无法为灾害预防工作提供更详细的参考信息。


技术实现要素：

4.(一)要解决的技术问题
5.鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种基于工程岩体质量的崩塌气象风险预警方法和系统，其解决了现有技术中，需要借助监测装置，监测成本高且无法全面覆盖监测区域的技术问题。
6.(二)技术方案
7.为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
8.第一方面，本发明实施例提供一种基于工程岩体质量的崩塌气象风险预警方法，包括：
9.获取目标区域在目标时间区间内的有效雨量，根据所述有效雨量确定降雨因素指数；
10.将所述降雨因素指数与所述目标区域内的工程岩体质量指数进行耦合，得到预警等级指数；其中，所述工程岩体质量指数基于预先的处理过程得到；
11.根据所述预警等级指数，对目标区域在目标时间区间内的崩塌气象风险进行预警。
12.可选地，所述预先的处理过程包括：
13.将目标区域划分为多个单元区域；
14.获取每个单元区域的岩体质量参数，所述岩体质量参数包括：岩体强度系数、岩体
完整性系数、斜坡结构面类型影响系数、斜坡降雨入渗影响系数、结构面产状影响系数；
15.基于所述岩体质量参数，根据公式(1)计算得到工程岩体质量指数；
16.其中，所述公式(1)为：
[0017][0018]
公式(1)中，qi表示第i个单元区域的工程岩体质量指数；
[0019]k1i
表示第i个单元区域的斜坡降雨入渗影响系数；
[0020]
λi表示第i个单元区域的斜坡结构面类型影响系数；
[0021]k2i
表示第i个单元区域的结构面产状影响系数；
[0022]rci
表示第i个单元区域的岩体强度系数；
[0023]kvi
表示第i个单元区域的岩体完整性系数；
[0024]
i表示单元区域编号。
[0025]
可选地，所述将所述降雨因素指数与所述目标区域内的工程岩体质量指数进行耦合，得到预警等级指数，包括：
[0026]
基于降雨因素指数和工程岩体质量指数，根据公式(2)计算得到预警等级指数；
[0027]
其中，公式(2)为：
[0028]
ti＝qi×ri (2)
[0029]
公式(2)中，ti表示第i个单元区域的预警等级指数，qi表示第i个单元区域的工程岩体质量指数，ri表示第i个单元区域的降雨因素指数，i表示单元区域编号。
[0030]
可选地，所述根据预警等级指数，对目标区域在目标时间区间内的崩塌气象风险进行预警，包括：
[0031]
基于每个单位区域的所述预警等级指数，根据预警分级标准进行预警分级，得到每个单位区域的预警级别；输出所有单位区域的所述预警级别，以对目标区域的崩塌气象风险进行预警；
[0032]
其中，所述预警分级标准包括多个预警级别，以及每个预警级别对应的预警等级指数的取值范围。
[0033]
可选地，所述有效雨量为：所述目标时间区间对应的当日雨量与目标时间区间之前的48h累积降雨量的和；
[0034]
其中，所述当日雨量为目标时间区间对应的当日过程雨量或当日预报雨量。
[0035]
可选地，所述根据所述有效雨量确定降雨因素指数，包括：
[0036]
基于所述有效雨量的数值查找降雨因素归一化量表，得到对应的降雨因素指数；
[0037]
其中，所述降雨因素归一化量表基于预先的历史数据分析过程得到；所述降雨因素归一化量表包括多个有效雨量的数值范围，以及和每个有效雨量的数值范围对应的预设的降雨因素指数。
[0038]
可选地，所述预先的历史数据分析过程包括：
[0039]
获取所述目标区域内关于历史崩塌事件的历史数据；所述历史数据包括：历史崩塌事件发生当日的过程雨量、历史崩塌事件发生前的48h累积降雨量、历史崩塌事件的崩塌点数量；
[0040]
基于所述历史崩塌事件的崩塌点数量，对所述历史崩塌事件划分灾害等级；
[0041]
根据双参数临界降雨判据模型，对每个灾害等级对应的历史崩塌事件的历史数据进行分析拟合，得到每个灾害等级对应的临界降雨判据；
[0042]
根据所述临界降雨判据确定降雨因素归一化量表。
[0043]
可选地，所述每个灾害等级对应的临界降雨判据为：基于每个灾害等级对应的历史崩塌事件发生当日的过程雨量r
p
、历史崩塌事件发生前的48h累积降雨量rd拟合分析得到的拟合曲线；
[0044]
所述根据所述临界降雨判据确定降雨因素归一化量表，包括：
[0045]
基于某一灾害等级对应的拟合曲线，获取所述拟合曲线上多个采样点对应的r
p
和rd数值，计算每个采样点对应的r
p
和rd数值之和；
[0046]
确定所有所述r
p
和rd数值之和中的最大值和最小值，将大于等于所述最小值、且小于所述最大值的数值区间作为该灾害等级对应的有效雨量的数值范围；
[0047]
将每个灾害等级对应的有效雨量的数值范围和预设的降雨因数指数作为降雨因素归一化量表。
[0048]
第二方面，本发明实施例提供一种基于工程岩体质量的崩塌气象风险预警系统，所述预警系统基于第一方面所述的预警方法实现，所述预警系统包括：
[0049]
降雨因素分析模块，用于获取目标区域的目标时间区间对应的有效雨量，根据所述有效雨量确定降雨因素指数；
[0050]
耦合模块，用于将所述降雨因素指数与目标区域预先的的工程岩体质量指数进行耦合，得到预警等级指数；
[0051]
预警模块，用于根据预警等级指数，对目标区域在目标时间区间内的崩塌气象风险进行预警。
[0052]
可选地，所述预警系统还包括：
[0053]
工程岩体质量分析模块，用于基于预先获取的每个单元区域的岩体质量参数，根据公式(1)计算得到所述工程岩体质量指数；所述岩体质量参数包括：岩体强度系数、岩体完整性系数、斜坡结构面类型影响系数、斜坡降雨入渗影响系数、结构面产状影响系数；
[0054]
其中，所述公式(1)为：
[0055][0056]
公式(1)中，qi表示第i个单元区域的工程岩体质量指数；
[0057]k1i
表示第i个单元区域的斜坡降雨入渗影响系数；
[0058]
λi表示第i个单元区域的斜坡结构面类型影响系数；
[0059]k2i
表示第i个单元区域的结构面产状影响系数；
[0060]rci
表示第i个单元区域的岩体强度系数；
[0061]kvi
表示第i个单元区域的岩体完整性系数；
[0062]
i表示单元区域编号。
[0063]
(三)有益效果
[0064]
本发明实施例提出的预警方法和系统，根据目标时间区间的有效雨量确定降雨因素指数，并将降雨因素指数与目标区域内的工程岩体质量指数耦合得到预警等级指数，根据预警等级指数对目标区域在目标时间区间内的崩塌气象风险进行预警。由于有效雨量和
工程岩体质量指数均能够不借助专门的设备获得，因而能够有效降低监测成本，并可实现对目标区域的全面覆盖。
[0065]
其次，由于本发明实施例提出的预警方法和系统中，所述有效雨量可基于预报雨量得到，因而能够对未来潜在的崩塌气象风险进行预警，为灾害预防工作提供更充足的准备时间。
[0066]
最后，本发明实施例提出的预警方法和系统是专门针对岩体崩塌地质灾害设置的，并基于多种岩体质量参数计算出工程岩体质量指数，因而能够针对岩体崩塌这一单灾种进行预警，因而能够为灾害预防工作提供更详细准确的参考信息。
附图说明
[0067]
图1为实施例中提供的一种基于工程岩体质量的崩塌气象风险预警方法的流程示意图；
[0068]
图2为实施例中历史崩塌事件发生当日的过程雨量与历史崩塌事件发生前的48h累积降雨量间的关系示意图。
具体实施方式
[0069]
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
[0070]
为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0071]
实施例一
[0072]
如图1所示，本实施例提供一种基于工程岩体质量的崩塌气象风险预警方法，包括以下步骤：
[0073]
s10、获取目标区域在目标时间区间内的有效雨量，根据所述有效雨量确定降雨因素指数。
[0074]
具体地，所述有效雨量为：所述目标时间区间对应的当日雨量与目标时间区间之前的48h累积降雨量的和。
[0075]
其中，所述当日雨量为目标时间区间对应的当日过程雨量或当日预报雨量。当所述当日雨量为目标时间区间对应的当日预报雨量时，则本发明能够提前多日根据目标时间区间的当日预报雨量预测崩塌气象风险，从而为灾害预防工作提供充足的准备时间。
[0076]
s20、将所述降雨因素指数与所述目标区域内的工程岩体质量指数进行耦合，得到预警等级指数；其中，所述工程岩体质量指数基于预先的处理过程得到。
[0077]
具体地，将所述降雨因素指数与所述目标区域内的工程岩体质量指数进行耦合，包括：
[0078]
基于降雨因素指数和工程岩体质量指数，根据公式(2)计算得到预警等级指数；
[0079]
其中，公式(2)为：
[0080]
ti＝qi×ri (2)
[0081]
公式(2)中，ti表示第i个单元区域的预警等级指数，qi表示第i个单元区域的工程岩体质量指数，ri表示第i个单元区域的降雨因素指数，i表示单元区域编号。
[0082]
s30、根据所述预警等级指数，对目标区域在目标时间区间内的崩塌气象风险进行预警。
[0083]
具体地，步骤s30具体包括：
[0084]
基于每个单位区域的所述预警等级指数，根据预警分级标准进行预警分级，得到每个单位区域的预警级别；输出所有单位区域的所述预警级别，以对目标区域的崩塌气象风险进行预警。
[0085]
其中，所述预警分级标准包括多个预警级别，以及每个预警级别对应的预警等级指数的取值范围。
[0086]
本发明提供的上述预警方法，根据目标时间区间的有效雨量确定降雨因素指数，并将降雨因素指数与目标区域内的工程岩体质量指数耦合得到预警等级指数，根据预警等级指数对目标区域在目标时间区间内的崩塌气象风险进行预警。由于有效雨量和工程岩体质量指数均能够不借助专门的设备获得，因而能够有效降低监测成本，并可实现对目标区域的全面覆盖。
[0087]
在本实施例的一种较佳的实施方案中，步骤s10中根据所述有效雨量确定降雨因素指数的步骤具体包括：基于所述有效雨量的数值查找降雨因素归一化量表，得到对应的降雨因素指数。其中，所述降雨因素归一化量表基于预先的历史数据分析过程得到；所述降雨因素归一化量表包括多个有效雨量的数值范围，以及和每个有效雨量的数值范围对应的预设的降雨因素指数。
[0088]
上述基于预先的历史数据分析过程获取降雨因素归一化量表的方法，具体包括以下子步骤：
[0089]
s101、获取所述目标区域内关于历史崩塌事件的历史数据；所述历史数据包括：历史崩塌事件发生当日的过程雨量、历史崩塌事件发生前的48h累积降雨量、历史崩塌事件的崩塌点数量。
[0090]
s102、基于所述历史崩塌事件的崩塌点数量，对所述历史崩塌事件划分灾害等级。
[0091]
s103、根据双参数临界降雨判据模型，对每个灾害等级对应的历史崩塌事件的历史数据进行分析拟合，得到每个灾害等级对应的临界降雨判据。
[0092]
s104、根据所述临界降雨判据确定降雨因素归一化量表。
[0093]
进一步具体地，在上述历史数据分析过程中，步骤s103中的所述双参数临界降雨判据模型为现有的已公开模型，有时也被称为改进的隐式统计预警模型，其模型通式为：
[0094]
z＝f(rd,r
p
) (3)
[0095]
公式(3)中，z表示历史崩塌事件的崩塌点数量；r
p
表示历史崩塌事件发生前的48h累积降雨量；rd表示历史崩塌事件发生当日的过程雨量。
[0096]
在直角坐标系中，用x轴表示历史崩塌事件发生当日的过程雨量，用y轴表示历史崩塌事件发生前的48h累积降雨量，将每件历史崩塌事件用点表示在直角坐标系中，则可根据崩塌点数量对历史崩塌事件进行分段分析，对某个灾害等级对应的历史崩塌事件对应的多个点进行指数拟合，可得到该灾害等级对应的拟合曲线作为临界降雨判据。
[0097]
基于上述双参数临界降雨判据模型，步骤s103中得到的所述每个灾害等级对应的
临界降雨判据为：基于每个灾害等级对应的历史崩塌事件发生当日的过程雨量r
p
、历史崩塌事件发生前的48h累积降雨量rd拟合分析得到的拟合曲线。基于所述拟合曲线，步骤s104包括以下子步骤：
[0098]
s104-1、基于某一灾害等级对应的拟合曲线，获取所述拟合曲线上多个采样点对应的r
p
和rd数值，计算每个采样点对应的r
p
和rd数值之和；
[0099]
s104-2、确定所有所述r
p
和rd数值之和中的最大值和最小值，将大于等于所述最小值、且小于所述最大值的数值区间作为该灾害等级对应的有效雨量的数值范围；
[0100]
s104-3、将每个灾害等级对应的有效雨量的数值范围和预设的降雨因数指数作为降雨因素归一化量表。其中，预设的降雨因素指数可根据实际需求进行设定。
[0101]
在本实施例的另一种较佳的实施方案中，步骤s20中所述预先的处理过程包括：
[0102]
s201、将目标区域划分为多个单元区域。
[0103]
s202、获取每个单元区域的岩体质量参数，所述岩体质量参数包括：岩体强度系数、岩体完整性系数、斜坡结构面类型影响系数、斜坡降雨入渗影响系数、结构面产状影响系数。
[0104]
上述岩体质量参数可通过查阅公开的文献、地质勘测数据或现场勘查得到。
[0105]
s203、基于所述岩体质量参数，根据公式(1)计算得到工程岩体质量指数。其中，所述公式(1)为：
[0106][0107]
公式(1)中，qi表示第i个单元区域的工程岩体质量指数；
[0108]k1i
表示第i个单元区域的斜坡降雨入渗影响系数；
[0109]
λi表示第i个单元区域的斜坡结构面类型影响系数；
[0110]k2i
表示第i个单元区域的结构面产状影响系数；
[0111]rci
表示第i个单元区域的岩体强度系数；
[0112]kvi
表示第i个单元区域的岩体完整性系数；
[0113]
i表示单元区域编号。
[0114]
基于上述预先的处理过程得到的工程岩体质量指数，本发明提供的预警方法实际上将影响岩体崩塌灾害的潜在因素(岩体完整性系数、岩体强度系数、斜坡降雨入渗影响系数)和工程因素(结构面产状影响系数、斜坡结构面类型影响系数)引入了工程岩体质量指数的计算过程，通过综合评价岩质边坡的固有属性和人类工程活动对岩质边坡稳定性的影响，将岩体质量指标在一定程度上进行量化，以建立针对岩体崩塌灾害的预警模型，使本发明实施例提供的预警方法能够针对岩体崩塌这一单灾种进行预警，从而为灾害预防工作提供更详细准确的参考信息。
[0115]
实施例二
[0116]
为了更好地理解实施例一，本实施例以北京地区山区道路沿线为目标区域为例，对本发明提供的预警方法的步骤进行具体说明。
[0117]
在对目标区域基于有效雨量进行崩塌气象风险预警前，预先执行实施例一中的步骤s201-s203进行预先的处理过程，得到工程岩体质量指数；以及，预先执行实施例一中的步骤s101-104进行预先的历史数据分析过程，得到降雨因素归一化量表。具体如下：
[0118]
对于预先的处理过程：
[0119]
所述岩体质量参数包括：岩体强度系数r
ci
、岩体完整性系数k
vi
、斜坡结构面类型影响系数λi、斜坡降雨入渗影响系数k
1i
、结构面产状影响系数k
2i
。上述岩体质量参数的分级标准参照《工程岩体分级标准》(gb/t50218-2014)进行。
[0120]
(1)岩体完整性系数k
vi
[0121]
岩体完整性系数k
vi
用于反映岩体结构面的发育程度(结构面数量、结构面之间距离)、主要结构面的结合程度、结构面类型(节理、裂隙、层面)和斜坡岩体结构(散体碎裂、镶嵌破碎、块状、整体厚层)，岩体完整程度的定性划分详见表1，结构面的结合程度分级见表2，岩体完整性系数分级见表3。
[0122]
对目标区域中每个单元区域中的岩体按照表1中提供的完整程度进行分级，再基于表3，按照岩体的完成程度的分级情况查找得到对应的岩体完整性系数k
vi
。在本实施例中，表3提供的岩体完整性系数k
vi
是一个数值区间，在实际应用中可根据需求确定该数值区间中的一个点值，例如，该点值可为该数值区间的左端点值、右端点值，或者为该数值区间的中间值。
[0123]
进一步具体的，表2提供的结构面的结合程度分级信息，能够为表1中“主要结构面的结合程度”一栏中，主要结构面的结合程度分级提供判断标准。
[0124]
表1岩体完整程度定性划分
[0125][0126]
表2结构面的结合程度分级
[0127]
[0128][0129]
表3岩体完整性系数
[0130]kvi
＞0.750.75～0.550.55～0.350.35～0.15＜0.15完整程度完整较完整较破碎破碎极破碎
[0131]
(2)岩体强度系数r
ci
[0132]
岩体强度系数r
ci
是反映斜坡岩体坚硬程度和风化程度的指标，岩石坚硬程度定性分级见表4，岩石风化风化程度分级见表5，岩体强度系数分级见表6。
[0133]
对目标区域中每个单元区域中的岩体按照表4中提供的岩石坚硬程度进行分级，再基于表6，按照岩体的岩石坚硬程度查找得到对应的岩体强度系数r
ci
。在本实施例中，表6提供的岩体强度系数r
ci
是一个数值区间，在实际应用中可根据需求确定该数值区间中的一个点值，例如，该点值可为该数值区间的左端点值、右端点值，或者为该数值区间的中间值。
[0134]
进一步具体地，表5提供的岩石风化程度的分级信息，可以进一步为表4中“代表性岩石”一栏中的岩石风化程度提供判断标准。
[0135]
表4岩石坚硬程度定性分级
[0136]
[0137][0138]
表5岩石风化程度分级
[0139][0140]
表6岩石坚硬强度系数分级
[0141][0142]
(3)斜坡降雨入渗影响系数k
1i
[0143]
降雨入渗致使斜坡结构面抗滑力减小，危岩体稳定性变差，容易发生崩塌。降雨入渗影响系数按照斜坡危岩体基本质量指标(bq)分级，危岩体基本质量分级表见7，降雨入渗影响系数分级见表8。
[0144]
表7危岩体基本质量分级
[0145][0146]
表8降雨入渗影响系数分级
[0147][0148]
(4)斜坡结构面类型影响系数λi和结构面产状影响系数k
2i
[0149]
斜坡危岩体结构面类型与延伸性以及结构面与坡面间关系等因素控制着斜坡的稳定性，结构面影响系数分为斜坡结构面类型影响系数λi和结构面产状影响系数k
2i
，岩体结构面类型影响系数分级见表8，结构面产状影响系数分级见表9。
[0150]
表8岩体结构面类型影响系数分级
[0151]
结构面类型与延伸性λi断层、夹泥层1.0层面、贯通性较好的节理和裂隙0.9～0.8断续节理和裂隙o.7～0.6
[0152]
表9结构面产状影响系数分级
[0153]
[0154][0155]
注：表中负值表示结构面倾角小于坡面倾角，在坡面出露。
[0156]
根据上述(1)～(4)的分级标准，可基于目标区域的地质勘测数据得到各个单元区域的岩体质量参数，再执行步骤s201～203，基于公式(1)得到每个单元区域的工程岩体质量指数。
[0157]
对于预先的历史数据分析过程：
[0158]
鉴于历史崩塌样本发生时间、降雨条件的完整性，以北京地区2021年道路崩塌灾害数据为基础，分析2021年的历史崩塌事件的数量特征、历史崩塌事件发生当日的过程雨量、历史崩塌事件发生前的48h累积降雨量间的关系。如图2所示，在直角坐标系中，用x轴表示历史崩塌事件发生当日的过程雨量，用y轴表示历史崩塌事件发生前的48h累积降雨量，将每件历史崩塌事件用点表示在直角坐标系中。
[0159]
s101、获取北京地区关于历史崩塌事件的历史数据；所述历史数据包括：历史崩塌事件发生当日的过程雨量rd、历史崩塌事件发生前的48h累积降雨量r
p
、历史崩塌事件的崩塌点数量z。
[0160]
s102、基于所述历史崩塌事件的崩塌点数量，对所述历史崩塌事件划分灾害等级。
[0161]
具体地，根据崩塌点数量将上述历史崩塌事件的灾害等级划分为以下三个等级：
[0162]
有发生崩塌的风险：1≤z≤2；
[0163]
发生崩塌的风险较高：3≤z≤4；
[0164]
发生崩塌的风险高：z≥5。
[0165]
s103、根据双参数临界降雨判据模型，对每个灾害等级对应的历史崩塌事件的历史数据进行指数拟合，得到每个灾害等级对应的临界降雨判据。
[0166]
如图2所示，对应于s102划分的三个灾害等级，每个灾害等级对应的临界降雨判据如下：
[0167]
有发生崩塌的风险(1≤z≤2)：y＝54.7e-0.024x
；
[0168]
发生崩塌的风险较高(3≤z≤4)：y＝112.25e-0.0199x
；
[0169]
发生崩塌的风险高(z≥5)：y＝234.33e-0.00527x
。
[0170]
s104、根据上述三个灾害等级对应的临界降雨判据确定降雨因素归一化量表。
[0171]
具体地，步骤s104具体包括以下子步骤：
[0172]
s104-1、基于某一灾害等级对应的拟合曲线，获取所述拟合曲线上多个采样点对应的r
p
和rd数值，计算每个采样点对应的r
p
和rd数值之和。
[0173]
s104-2、确定所有所述r
p
和rd数值之和中的最大值和最小值，将大于等于所述最小值、且小于所述最大值的数值区间作为该灾害等级对应的有效雨量的数值范围。
[0174]
具体地，上述三个灾害等级对应的有效雨量的数值范围如下：
[0175]
有发生崩塌的风险(1≤z≤2)：大于等于50mm，且小于100mm；
[0176]
发生崩塌的风险较高(3≤z≤4)：大于等于100mm，且小于200mm；
[0177]
发生崩塌的风险高(z≥5)：大于等于200mm。
[0178]
s104-3、将每个灾害等级对应的有效雨量的数值范围和预设的降雨因素指数作为降雨因素归一化量表。
[0179]
本实施例中为了将降雨因素指数归一至[0,1]之间，所述预设的降雨因数指数的取值，按照灾害等级为有发生崩塌的风险、发生崩塌的风险较高、发生崩塌的风险高的顺序依次赋值为0.6、0.8、1.0。同时，为了覆盖有效雨量为大于0mm小于50mm的区间，将有效雨量为大于0mm小于50mm对应的降雨因素指数赋值为0.4，得到如下表10所示的降雨因素归一化量表。
[0180]
表10降雨因素归一化量表
[0181]
有效雨量(mm)r≤50mm50mm＜r≤100mm100mm＜r≤200mmr＞200mm量化赋值0.40.60.81.0
[0182]
表10中，r表示有效雨量。
[0183]
基于上述预先执行处理过程得到的工程岩体质量指数，以及预先执行历史数据分析过程得到的降雨因素归一化量表，当需要对北京地区的目标时间区间进行预警时，执行以下步骤s10-s30进行预警：
[0184]
s10、获取北京地区在目标时间区间内的有效雨量，根据所述有效雨量确定降雨因素指数。
[0185]
所述有效雨量为：所述目标时间区间对应的当日雨量与目标时间区间之前的48h累积降雨量的和。具体地，当目标时间区间为已经发生降雨的当天时，所述当日雨量为当天的过程雨量；当目标时间区间为未来的某一天时，所述当日雨量为目标时间区间的预报雨量。
[0186]
基于所述有效雨量，查找降雨因素归一化量表，得到对应的降雨因素指数ri。
[0187]
需要说明的，由于降雨量的统计区域较大，单独统计某个单元区域的降雨量的实际意义不大，本实施例中可根据目标区域的降雨量，将所有单元区域的降雨量设定为相同的值。
[0188]
s20、根据公式(2)，将所述降雨因素指数ri与所述目标区域内的工程岩体质量指数qi进行耦合，得到预警等级指数ti。
[0189]
ti＝qi×ri (2)
[0190]
公式(2)中，ti表示第i个单元区域的预警等级指数，qi表示第i个单元区域的工程岩体质量指数，ri表示第i个单元区域的降雨因素指数，i表示单元区域编号。
[0191]
s30、根据所述预警等级指数，对目标区域在目标时间区间内的崩塌气象风险进行预警。
[0192]
具体地，基于每个单位区域的所述预警等级指数，根据预警分级标准进行预警分级，得到每个单位区域的预警级别；输出所有单位区域的所述预警级别，以对目标区域的崩
塌气象风险进行预警。
[0193]
具体地，所述预警分级标准包括多个预警级别，以及每个预警级别对应的预警等级指数的取值范围。较佳地，本实施例中定义预警分级标准如下：
[0194]
不预警：ti＜0.2；
[0195]
蓝色预警级别：0.2≤ti＜0.3；
[0196]
黄色预警级别：0.3≤ti＜0.4；
[0197]
橙色预警级别：ti≥0.4。
[0198]
基于步骤s20计算得到的预警等级指数，根据上述预警分级标准，即可得到所有单位区域的预警级别，以对目标区域的崩塌气象风险进行预警。
[0199]
实施例三
[0200]
本实施例提供一种基于工程岩体质量的崩塌气象风险预警系统，所述预警系统基于实施例一或二所述的预警方法实现，所述预警系统包括：降雨因素分析模块、耦合模块、预警模块，具体如下：
[0201]
所述降雨因素分析模块，用于获取目标区域的目标时间区间对应的有效雨量，根据所述有效雨量确定降雨因素指数。
[0202]
所述耦合模块，用于将所述降雨因素指数与目标区域预先的的工程岩体质量指数进行耦合，得到预警等级指数。
[0203]
所述预警模块，用于根据预警等级指数，对目标区域在目标时间区间内的崩塌气象风险进行预警。
[0204]
在本实施例的一种较佳的实施方案中，所述预警系统还包括：工程岩体质量分析模块、历史数据分析模块。
[0205]
所述工程岩体质量分析模块，用于基于预先获取的每个单元区域的岩体质量参数，根据公式(1)计算得到所述工程岩体质量指数；
[0206]
所述岩体质量参数包括：岩体强度系数、岩体完整性系数、斜坡结构面类型影响系数、斜坡降雨入渗影响系数、结构面产状影响系数；
[0207]
其中，所述公式(1)为：
[0208][0209]
公式(1)中，qi表示第i个单元区域的工程岩体质量指数；
[0210]k1i
表示第i个单元区域的斜坡降雨入渗影响系数；
[0211]
λi表示第i个单元区域的斜坡结构面类型影响系数；
[0212]k2i
表示第i个单元区域的结构面产状影响系数；
[0213]rci
表示第i个单元区域的岩体强度系数；
[0214]kvi
表示第i个单元区域的岩体完整性系数；
[0215]
i表示单元区域编号。
[0216]
所述历史数据分析模块，用于基于目标区域的历史崩塌事件的历史数据进行分析，得到降雨因素归一化量表。所述历史数据分析模块具体包括以下子模块：
[0217]
获取子模块，用于获取所述目标区域内关于历史崩塌事件的历史数据；所述历史数据包括：历史崩塌事件发生当日的过程雨量、历史崩塌事件发生前的48h累积降雨量、历
史崩塌事件的崩塌点数量。
[0218]
分类子模块，用于基于所述历史崩塌事件的崩塌点数量，对所述历史崩塌事件划分灾害等级。
[0219]
分析子模块，用于根据双参数临界降雨判据模型，对每个灾害等级对应的历史崩塌事件的历史数据进行分析拟合，得到每个灾害等级对应的临界降雨判据；
[0220]
归一化子模块，用于根据所述临界降雨判据确定降雨因素归一化量表。
[0221]
本发明实施例提出的预警系统，根据目标时间区间的有效雨量确定降雨因素指数，并将降雨因素指数与目标区域内的工程岩体质量指数耦合得到预警等级指数，根据预警等级指数对目标区域在目标时间区间内的崩塌气象风险进行预警。由于有效雨量和工程岩体质量指数均能够不借助专门的设备获得，因而能够有效降低监测成本，并可实现对目标区域的全面覆盖，并为灾害预防工作提供更充足的准备时间和更详细准确的参考信息。
[0222]
由于本发明上述实施例所描述的系统/装置，为实施本发明上述实施例的方法所采用的系统/装置，故而基于本发明上述实施例所描述的方法，本领域所属技术人员能够了解该系统/装置的具体结构及变形，因而在此不再赘述。凡是本发明上述实施例的方法所采用的系统/装置都属于本发明所欲保护的范围。
[0223]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例，或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0224]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。
[0225]
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件来具体体现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。
[0226]
此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0227]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0228]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。

技术特征：
1.一种基于工程岩体质量的崩塌气象风险预警方法，其特征在于，包括：获取目标区域在目标时间区间内的有效雨量，根据所述有效雨量确定降雨因素指数；将所述降雨因素指数与所述目标区域内的工程岩体质量指数进行耦合，得到预警等级指数；其中，所述工程岩体质量指数基于预先的处理过程得到；根据所述预警等级指数，对目标区域在目标时间区间内的崩塌气象风险进行预警。2.根据权利要求1所述的预警方法，其特征在于，所述预先的处理过程包括：将目标区域划分为多个单元区域；获取每个单元区域的岩体质量参数，所述岩体质量参数包括：岩体强度系数、岩体完整性系数、斜坡结构面类型影响系数、斜坡降雨入渗影响系数、结构面产状影响系数；基于所述岩体质量参数，根据公式(1)计算得到工程岩体质量指数；其中，所述公式(1)为：公式(1)中，q
i
表示第i个单元区域的工程岩体质量指数；k
1i
表示第i个单元区域的斜坡降雨入渗影响系数；λ
i
表示第i个单元区域的斜坡结构面类型影响系数；k
2i
表示第i个单元区域的结构面产状影响系数；r
ci
表示第i个单元区域的岩体强度系数；k
vi
表示第i个单元区域的岩体完整性系数；i表示单元区域编号。3.根据权利要求2所述的预警方法，其特征在于，所述将所述降雨因素指数与所述目标区域内的工程岩体质量指数进行耦合，得到预警等级指数，包括：基于降雨因素指数和工程岩体质量指数，根据公式(2)计算得到预警等级指数；其中，公式(2)为：t
i
＝q
i
×
r
i (2)公式(2)中，t
i
表示第i个单元区域的预警等级指数，q
i
表示第i个单元区域的工程岩体质量指数，r
i
表示第i个单元区域的降雨因素指数，i表示单元区域编号。4.根据权利要求3所述的预警方法，其特征在于，所述根据预警等级指数，对目标区域在目标时间区间内的崩塌气象风险进行预警，包括：基于每个单位区域的所述预警等级指数，根据预警分级标准进行预警分级，得到每个单位区域的预警级别；输出所有单位区域的所述预警级别，以对目标区域的崩塌气象风险进行预警；其中，所述预警分级标准包括多个预警级别，以及每个预警级别对应的预警等级指数的取值范围。5.根据权利要求1所述的预警方法，其特征在于，所述有效雨量为：所述目标时间区间对应的当日雨量与目标时间区间之前的48h累积降雨量的和；其中，所述当日雨量为目标时间区间对应的当日过程雨量或当日预报雨量。6.根据权利要求5所述的预警方法，其特征在于，所述根据所述有效雨量确定降雨因素指数，包括：
基于所述有效雨量的数值查找降雨因素归一化量表，得到对应的降雨因素指数；其中，所述降雨因素归一化量表基于预先的历史数据分析过程得到；所述降雨因素归一化量表包括多个有效雨量的数值范围，以及和每个有效雨量的数值范围对应的预设的降雨因素指数。7.根据权利要求6所述的预警方法，其特征在于，所述预先的历史数据分析过程包括：获取所述目标区域内关于历史崩塌事件的历史数据；所述历史数据包括：历史崩塌事件发生当日的过程雨量、历史崩塌事件发生前的48h累积降雨量、历史崩塌事件的崩塌点数量；基于所述历史崩塌事件的崩塌点数量，对所述历史崩塌事件划分灾害等级；根据双参数临界降雨判据模型，对每个灾害等级对应的历史崩塌事件的历史数据进行分析拟合，得到每个灾害等级对应的临界降雨判据；根据所述临界降雨判据确定降雨因素归一化量表。8.根据权利要求7所述的预警方法，其特征在于，所述每个灾害等级对应的临界降雨判据为：基于每个灾害等级对应的历史崩塌事件发生当日的过程雨量r
p
、历史崩塌事件发生前的48h累积降雨量r
d
拟合分析得到的拟合曲线；所述根据所述临界降雨判据确定降雨因素归一化量表，包括：基于某一灾害等级对应的拟合曲线，获取所述拟合曲线上多个采样点对应的r
p
和r
d
数值，计算每个采样点对应的r
p
和r
d
数值之和；确定所有所述r
p
和r
d
数值之和中的最大值和最小值，将大于等于所述最小值、且小于所述最大值的数值区间作为该灾害等级对应的有效雨量的数值范围；将每个灾害等级对应的有效雨量的数值范围和预设的降雨因数指数作为降雨因素归一化量表。9.一种基于工程岩体质量的崩塌气象风险预警系统，其特征在于，所述预警系统基于权利要求1至8任一项所述的预警方法实现，所述预警系统包括：降雨因素分析模块，用于获取目标区域的目标时间区间对应的有效雨量，根据所述有效雨量确定降雨因素指数；耦合模块，用于将所述降雨因素指数与目标区域预先的的工程岩体质量指数进行耦合，得到预警等级指数；预警模块，用于根据预警等级指数，对目标区域在目标时间区间内的崩塌气象风险进行预警。10.根据权利要求9所述的预警系统，其特征在于，所述预警系统还包括：工程岩体质量分析模块，用于基于预先获取的每个单元区域的岩体质量参数，根据公式(1)计算得到所述工程岩体质量指数；所述岩体质量参数包括：岩体强度系数、岩体完整性系数、斜坡结构面类型影响系数、斜坡降雨入渗影响系数、结构面产状影响系数；其中，所述公式(1)为：公式(1)中，q
i
表示第i个单元区域的工程岩体质量指数；k
1i
表示第i个单元区域的斜坡降雨入渗影响系数；
λ
i
表示第i个单元区域的斜坡结构面类型影响系数；k
2i
表示第i个单元区域的结构面产状影响系数；r
ci
表示第i个单元区域的岩体强度系数；k
vi
表示第i个单元区域的岩体完整性系数；i表示单元区域编号。

技术总结
本发明涉及一种基于工程岩体质量的崩塌气象风险预警方法和系统，所述方法包括：获取目标区域在目标时间区间内的有效雨量，根据所述有效雨量确定降雨因素指数；将所述降雨因素指数与所述目标区域内的工程岩体质量指数进行耦合，得到预警等级指数；其中，所述工程岩体质量指数基于预先的处理过程得到；根据所述预警等级指数，对目标区域在目标时间区间内的崩塌气象风险进行预警。本发明的方法能够降低监测成本，实现对目标区域的全面覆盖，为灾害预防工作提供更充足的准备时间和更详细准确的参考信息。参考信息。参考信息。


技术研发人员：李岩 南赟 王晟宇 张国华 韩建超 周亮 闫驰 李蕊 马驰 赵丹凝
受保护的技术使用者：北京市地质灾害防治研究所
技术研发日：2023.06.25
技术公布日：2023/9/20