本发明专利技术公开了一种泥石流次声信号筛选方法、泥石流发生地定位方法、泥石流运动路径实时监控方法。针对现有技术中次声定位存在未进行信号筛选、信号识别准确性低，不能精确坐标定位等缺陷，本发明专利技术提供一种泥石流次声信号筛选方法。该方法首先通过信号时长、信号相关性、信号卓越频率、声压4指标排除背景噪声干扰，再采用最先异常信号主要分析、其后异常信号参照分析的方法，将多传感器采集信号分两路同时处理的方法保证对泥石流发生信号筛选的准确、高效。以此信号筛选方法为基础，本发明专利技术还提供一种泥石流发生定位方法，可以对泥石流发生位点实现精确坐标定位，并进一步提供一种泥石流运动路径实时监控方法，可实现泥石流的可视化实时监测。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种泥石流次声信号筛选方法、泥石流发生地定位方法、泥石流运动路径实时监控方法。针对现有技术中次声定位存在未进行信号筛选、信号识别准确性低，不能精确坐标定位等缺陷，本专利技术提供一种泥石流次声信号筛选方法。该方法首先通过信号时长、信号相关性、信号卓越频率、声压4指标排除背景噪声干扰，再采用最先异常信号主要分析、其后异常信号参照分析的方法，将多传感器采集信号分两路同时处理的方法保证对泥石流发生信号筛选的准确、高效。以此信号筛选方法为基础，本专利技术还提供一种泥石流发生定位方法，可以对泥石流发生位点实现精确坐标定位，并进一步提供一种泥石流运动路径实时监控方法，可实现泥石流的可视化实时监测。【专利说明】
本专利技术涉及一种泥石流次声信号筛选方法及利用其实现的泥石流发生地定位方法与泥石流运动路径实时监控方法，属于泥石流灾害减灾领域。
技术介绍
泥石流在形成和运动过程中，岩石层会因发生断裂、摩擦、挤压和撞击沟床等现象而产生在空气中稳定传播且蕴含重要地质信息的次声波(简称次声)。泥石流所发出的次声信号的频率、主频振幅及持续时间等均有独特特征。次声传播速度仅与温度有关，与空气密度、压力等均无关，且其声发射源是球面波，无方向性，在常温空气中可以344m/s的速度长距离传输，较泥石流的运动速度(5m/s?15m/s)快。同时，次声频率极低，容易衍射穿过地形等障碍物，具有极强的穿透力，可以穿越大气、水体、土层、钢筋混凝土构件等，能够通过极小缝隙实现无阻碍的传送。并且，次声信号受大气与水的粘滞作用衰减小，能够为泥石流次声波源远距离监测提供有利条件。利用次声信号的特点，泥石流次声传感器可以接收流域源地崩塌物进入沟床，泥石流在沟床流动，出山口，进入堆积扇和进入主河道全过程的次声信号。因而，能判断泥石流发生和流动，主动地确定何时报警，其警报提前量为IOmin到30min不等。利用次声监测泥石流灾害的现有技术主要包括两类:一、大多数用一个次声传感器监测某个泥石流易发区，从而判断该区域内是否发生了泥石流，这类技术无法判断具体是哪条泥石流沟发生了泥石流以及无法实现泥石流流动过程中的实时监控，更无法确定泥石流还有多长时间能到达危害对象，不能充分发挥减灾作用；二、利用多个次声传感器沿直线布设，结合几何关系推求泥石流发生地点距监测点的距离，判断发生泥石流的沟道。但这类技术前期均未进行泥石流次声信号判识，对泥石流发生误测误报概率高，并且也未实现泥石流发生地的精确定位和泥石流流动过程中的实时监控，只能确定泥石流发生的沟道范围。现有技术《基于传声器阵列的次声波源定位与应用研究》(刘相龙，2013)公开了一种利用次声对对大坝泄洪源头进行定位的方法。该方法在距离大坝0.5km至2.5km的范围内选取7个监测地点，每个点安装3个次声传感器构成一个三角形阵，组成子监测阵列，子阵列中阵元间距为IOOm左右。根据获取的次声信号，计算次声的来波方位、方向、波速，通过多阵列联合得到来波方向的统计概率图描述相同泄洪流量下不同频段的次声波来源，最后判断出次声波源来自坝区的某区域。该方法若应用于泥石流发生监测定位，至少存在五方面缺陷:一、该方法中没有进行次声信号的筛选甄别，只是进行了带通滤波处理，找到特征频谱，然后进行分频段滤波处理后，直接用来定位，判断波源是否来自坝区，其准确性受到较大限制；二、方法所能实现的灾害发生定位对像是类似大坝泄洪源头这样相对静止的点，而不能适用于泥石流龙头这样运动中的对像；三、方法的结果是得到来自波方向的统计概率图描述相同泄洪流量下不同频段的次声波来源，也即是仅将灾害发生位置限定于一定地理区间，并没有完成精确的坐标定位，如经纬度坐标；四、由于没有实现精确定位，从技术原理分析，该方法不可能进一步实现对泄洪源头的运动过程实时监控，因此技术效果有限；五、系统中使用了几十个传感器，每3个排成一个小的子阵列，然后子阵列又按一定的规则排列，因此建设成本与系统运行维护均需较高成本。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对现有技术的不足，提供一种用于泥石流灾害发生的次声监测筛选方法以及在此基础上实现的泥石流发生地定位方法与泥石流运动路径实时监控方法。为实现上述目的，本专利技术首先提供一种泥石流次声信号筛选方法，其技术方案如下: 一种泥石流次声信号筛选方法，用于泥石流发生监测，其特征在于:次声传感器基元以阵列方式布置在泥石流发生监控区，每一次声传感器基元分别与监控中心实时通信，通信周期为时间t，监控中心记录所有次声传感器基元信号并进行处理分析；监控中心在无发生泥石流的情况下扫描计算每一次声传感器基元发回信号序列的前24h平均振幅，将前24h平均振幅作为该声传感器基元的振幅阈值；监控中心实时扫描计算每一次声传感器基元发回的每一个信号的振幅，若某次声传感器基元A自时刻Ta起接收到非常规强信号，监控中心启动信号判别程序，否则删除记录数据；所述非常规强信号是信号振幅 > 振幅阈值的信号，所述信号判别程序包括:步骤S111，自时间Ta起的时间Tl内，若次声传感器基元A持续出现非常规强信号且其他次声传感器基元均出现非常规强信号，进入步骤S112，否则进入步骤S122 ;所述时间Tl最大值为次声传感器基元间距最大值除以声速的值与通信周期t之和；步骤S112，确定各次声传感器基元出现非常规强信号的时刻Tx，进入步骤S113 ；步骤S113，若最晚出现非常规强信号的次声传感器基元接收到的非常规强信号持续时间≥t，进入步骤3114，否则进入步骤5122 ；步骤S114，将所有次声传感器基元自其时刻Ta或Tx往后时间t内的信号序列作互相关分析，若相关系数>0.7，进入步骤SI 15，否则进入步骤S122 ；步骤S115，将次声传感器基元A自时间Ta起往后时间t内的信号序列经快速傅里叶变换得到信号的卓越频率，若卓越频率在5HZ~IOHZ范围内且声压值在0.1Pa~0.5_4Pa范围内，进入步骤S121，否则进入步骤S122 ；步骤S121，判断为泥石流次声信号，监控中心保存所有次声传感器基元的记录数据，退出信号判别程序；步骤S122，判断为非泥石流次声信号，监控中心删除所有次声传感器基元的所有记录数据，退出信号判别程序。上述泥石流次声信号筛选方法专门针对采用以阵列方式布置的次声传感器基元对泥石流形成时候的次声信号加以筛选。将次声传感器以阵列方式布置时，由于自然界中其他现象或事件也会伴随次声信号的释放，这些次声视为背景噪声，因此一个关键性问题是如何去除背景噪声干扰，提高传感器阵列整体对泥石流次声信号的准确识别。另一个关键性问题是如何在保证对各传感器基元信号都有效利用、提高信号识别准确性的前提下，缩短整个信号筛选流程耗时，实现及时预警。上述信号筛选方法的基本技术原理在于:第一、各传感器基元接收到的信号的综合利用。当采用多传感器基元共同监测泥石流次声信号时，由于每一个传感器基兀获得的信号存在不同的背景噪声，因此存在的一个技术问题是如何在采用最短途径与最短时间内筛选不同基元的信号，识别出是否存在共同的泥石流次声信号。本专利技术方法中，信号判识程序综合利用4个信号特征维度筛选各基元获得次声信号，分别是:非常规强信号的持续时长、信号的相关性、信号的卓越频率、声压本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：韦方强，刘敦龙，冷小鹏，洪勇，
申请(专利权)人：中国科学院，水利部成都山地灾害与环境研究所，
类型：发明
国别省市：
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