[發明專利]滑坡過程分析方法、過程數值重構方法、應用

有效

• 申請號: 202011453490.2
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112597689B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 崔一飛;嚴炎;熊廣林;尹述遙;郭劍;李麗;田鑫;田繼楓;朱興華
• 申請（專利權）人: 清華大學;西南交通大學;長安大學;中國地震局地球物理研究所
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06K9/00;G06V10/46;G01V1/28;G01V1/30;G01V1/32
• 代理公司: 成都賽恩斯知識產權代理事務所(普通合伙) 51212
• 代理人: 張帆;張端陽

本發明公開滑坡過程分析方法、過程數值重構方法、應用。本發明滑坡災害過程分析方法，以原始滑坡地震動信號為基礎，提取IMF主分量信號，進行時頻譜變換，再根據滑坡地震動信號中不同時段頻率能量特征劃分滑坡過程的5個階段。本方法首次提取到滑坡過程的過渡階段。本發明提供滑坡災害過程分析方法在滑坡災害分析、在滑坡災害應急響應方案設計、在滑坡事件數學建模中的應用。本發明還提供滑坡過程數值模擬重構方法，是利用滑坡地震動信號的能量數據演化為基礎進行滑坡過程的數值模擬重構。以及重構方法在滑坡災害分析、滑坡災害應急響應方案設計中的應用。各方法提高了滑坡災害基礎數據豐富程度與災害防治應急方案有效性，且具有顯著社會有益性。

技術領域

本發明涉及一種信號分析技術，特別是涉及一種利用地震動信號對滑坡災害過程進行分析與災害過程數值重構的技術及其應用，屬于信號分析處理技術、地質災害監測技術領域。

背景技術

遍布全球的地震觀測臺網每天監測獲取海量的地震動信號。地震動信號本質是由各類自然與非自然地震事件產生的地震波形信息，其中包括各類地質災害事件產生的信息。地震動信號公共資源，且已初步實現了全球地震信息的共享。因而，利用地震動信號實施地質災害防治的各類技術，能夠在很大程度上節省地質災害的監測成本，尤其是針對大區域的監測成本。

滑坡是多種環境因素綜合影響下發生的地質災害，并且既是一種獨立地質災害，也是其他類型地質災害的衍生災害之一，因而具有較高的發生率，被世界上許多國家列為重大地質災害。然而，滑坡災害的監測，尤其是災害全程監測，一直是地質災害防治領域的難點之一。為了監測滑坡發生，現有技術的主要思路是通過在山體監測區域布設傳感器網絡，再結合GPRS通信技術，實現對監測區域的遠程實時監護，并通過對采集數據的分析和處理，提前判斷滑坡是否將要發生，以期為山體滑坡的預警預報工作服務。但這類技術的實施存在三方面明顯缺陷：其一，前文已述，滑坡災害既是獨立災害也是衍生災害，因而發生頻率高且地點不定。現有技術無法對廣闊區域實施傳感器網監測技術，只能選定一些重點隱患地點進行監測。因而不能實現真正意義上針對不特定人群的提供災害預報預警的公益性目標。其二，對于某一已建設傳感器監測網的重點隱患坡體而言，發生滑坡的時間不定，且很少出現同一地點反復發生的情形，同時一次滑坡又極可能毀壞地面設施，這些因素都使傳感器監測網絡技術的成本極高，難以大范圍推廣。只能局限于科學研究中應用。其三，由于滑坡會直接損毀坡體周圍一定區域內的地面設施，因而各傳感器往往不能全部采集到滑坡信號，更無法記錄滑坡事件的全程，這使得滑坡災害的有效監測數據缺乏，一方面制約了滑坡災害預報技術的發展，另一方面又制約了對滑坡過程回顧分析的可能性。

前文已述，借助全球地震監測臺網各臺站采集的地震動信號中包含了滑坡災害信號，并且是災害全程信號。這類信號的豐富性與完整度是絕大多數日常滑坡監測傳感器網采集到的信號所無法比擬的。由于地震動信號公共資源，且已初步實現了全球地震信息的共享，因而若有效利用地震動信號中記錄的完整滑坡過程信號，便能在低信號獲取成本的基礎上開展對滑坡災害全過程研究，完成災害過程分析與數值重構。

期刊《大地測量與地球動力學》2019年10月刊發的“基于地震信號反演滑坡動力學機制”一文提供了一種基于地震信號反演求取某滑坡過程中滑坡區域的受力狀態，使用時頻分析劃分出不同滑坡子事件的頻段，并結合經典力學分析還原滑坡過程的方案。該方法的缺陷主要在于：其一、最終只是將滑坡事件劃分為“靜止－加速－減速－前端反傾后整體再加速－靜止”，與實際滑坡過程相對照而言過于籠統，達不到用數值模擬還原災害過程的目的；其二、該方法反演低頻滑坡地震信號得到滑源區受力-時間函數，對此函數進行經典力學分析得到滑坡體運動特征，但其反演過程中對信號的前期處理模糊，在此基礎上完成的受力—時間函數存在誤差；其三、方法主要側重由地震信號反演求得的滑床坡度、滑坡方向以及滑體位移等數據，結合受力—時間函數分析及時頻分析和現場監測的數據，最終結果只是大致還原滑坡過程，無法進一步引入數值模型對滑坡過程完成數值重構，因而也就無法為更精確的滑坡災害研究提供可能性。同時，文中也沒有給出劃分階段的具體流程，不能屬于專利所稱的技術方案。

發明內容