[发明专利]一种基于GNSS的边坡监测预警方法

说明书

本发明提供一种基于GNSS的边坡监测预警方法，步骤S1：针对历史监测数据，使用双指数平滑法，每次基于时间序列前c个监测值估计c个监测值后一时刻的预测值；并将所有预测值作为训练数据，同时计算训练数据误差的平均值和标准差；步骤S2：针对当前监测数据，使用双指数平滑法，基于过去的c个监测值估计当前时刻的预测值，计算当前时刻的预测值与当前时刻的监测值之间的误差，将该误差与步骤S1中训练数据误差的平均值和标准差进行比较，判断当前时刻的监测值是否为异常值，并建立特征值序列；步骤S3：根据特征值序列计算异常值当前的预警指数；步骤S4：根据预警指数，确定预警等级。该方法可以有效避免“漏报警”、“迟报警”、“误报警”的问题。

技术领域

本发明涉及GNSS监测技术领域，具体涉及一种基于GNSS的边坡监测预警方法。

背景技术

滑坡是自然界容易发生的自然灾害之一，给人类的生产生活造成了巨大的影响。因此，对于有潜在滑坡风险的边坡建立自动化在线监测系统，通过监测数据进行及时的预警信息发布，对于减少滑坡事故的发生，降低事故损失具有重要的意义。

随着北斗卫星的组网成功，使用GNSS(Global Navigation Satellite System)进行边坡表面位移监测已经成为当前最常用的边坡位移监测方法之一，GNSS设备不仅能获取全天时高精度的三维空间位置信息，同时具有很高的采样频率，能够对边坡实现实时连续的在线监测，而且具有造价低、维护简单等优点，已经得到大范围工程应用。

工程实践中，GNSS设备都是露天安装在被监测边坡的表面，由于温度、湿度、树木遮挡等环境因素的影响，GNSS监测值会有一定的波动性，其中可能混有粗差数据，给后续的数据分析和监测预警造成困难。

GNSS监测预警的关键问题之一就是如何根据GNSS监测的数据识别滑坡灾害发生的征兆，进而进行预警信息发布，滑坡灾害识别的准确程度和预警信息发布的及时程度是预警算法的关键。在使用GNSS监测数据对边坡进行滑坡预警时，较为常见的方法是通过对单次形变值、累计形变值或形变速率值设置阈值判断条件，在满足判断条件时发送预警信息。除此之外，还有通过箱型图分析方法(四分位法)、局部加权回归法等对GNSS监测数据进行预警。

基于单次形变值、累计形变值或形变速率值进行阈值判断预警方法的原理很容易理解，即滑坡灾害是边坡在短时间内出现较大形变量时发生的。但是由于GNSS监测数据的短期波动性较强，长期监测时监测数据中会混有粗差或离群值，该方法在实际操作中会经常出现“误报警”的现象，严重影响监测系统的运行效果。

四分位法通过假定GNSS监测数据是服从正态分布的，对剔除异常值后的监测数据计算单次形变值、累计形变值或形变速率值并进行预警。GNSS监测数据的分布与被监测的边坡岩土力学性质相关，不一定符合正态分布，因此四分位法可能会剔除正确的监测数据，造成“漏报警”。

局部加权回归法则是通过使用当前数据的前、后时间窗内的数据求取平均值，以平滑后的GNSS监测值再进行分析预警。而局部加权回归法需要取数据的前、后时间窗内的数据进行平均，因此存在“迟报警”的问题。

综上所述，急需一种基于GNSS的边坡监测预警方法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于GNSS的边坡监测预警方法，旨在解决现有预警方法存在误报警、漏报警和迟报警的问题，具体技术方案如下：

一种基于GNSS的边坡监测预警方法，包括以下步骤：

步骤S1：针对历史监测数据，使用双指数平滑法，每次基于时间序列前c个监测值估计c个监测值后一时刻的预测值；并将所有预测值作为训练数据，同时计算训练数据误差的平均值和标准差；