本发明涉及地质灾害信息领域，具体而言是地质灾害数字孪生预防方法及系统。
背景技术：
1、中国地质灾害种类多、分布广、危害大，是地质灾害最为严重的国家之一。崩塌、滑坡、泥石流等突发性地质灾害频繁发生，经常造成生命和财产的重大损失。尽管每年国家都投入大量资金进行地质灾害防治，但是工程治理的只是少数，如何科学预防才是关键。目前国内主要采用人工巡查、变形监测、预测预警、数值模拟等技术开展地灾隐患排查预防。人工巡查和变形监测时效性较差，无法做到对地灾隐患的及时发现与提前预判；预测预警可以提前预判地灾隐患的发生，但是判断准确率普遍不高，预测预警模型不能自动迭代更新；数值模拟则实时性不够。概括而言，基于现有技术，地灾隐患的提前识别和发现难度大，无法做到根据地质灾害外部条件的变化做到实时预测预警、仿真模拟和应急响应。
2、针对现有技术的上述不足，本发明提出了地质灾害数字孪生预防方法及系统。采用本发明，能对地质灾害进行在线监测、提前预测变形发展变化、及时预警并推送预警信息、实时预演模拟地灾变形破坏趋势、自动推送预案响应措施，能有效提高地质灾害预防的智能化水平。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供地质灾害数字孪生预防方法及系统。。
2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
3、一种地质灾害数字孪生预防方法，包括如下步骤：
4、s1.根据地质灾害项目的需求及特点，构建地质灾害自动监测、人工观测与群策群防的信息感知网络；
5、s2.采集地质灾害点的监测数据和观测数据，建立地质灾害基础数据库；
6、s3.基于变分模态分解和机器学习算法，构建地质灾害累计位移预测模型；
7、s4.基于累计位移预测模型预测地质灾害点未来7天内的变化趋势和最大累计位移；
8、s4.1.将滑坡累计位移分解为趋势项、周期项以及随机项位移分量；
9、s4.2.对分量展开预测，经叠加后得到累计位移预测结果；累计位移按照下式进行分解：
10、st＝tt+pt+rt式中：st为累积位移，tt为趋势项位移分量，pt为周期项位移分量，rt为随机项位移分量；
11、s5.在对监测数据进行预处理的基础上，基于库水位、地质灾害体变形速率、临界雨量等预警判据，构建基于策略的多因子预警模型；
12、s6.结合地质灾害预防系统实时计算并推送地质灾害点的预警等级；临界雨量阈值根据下式进行计算：
13、e＝c+α×iβ
14、式中：e为累积降雨量，mm；i为诱发滑坡降雨事件降雨强度，短历时取峰值降雨强度，长历时取平均值，mm/h；α、β为统计参数，c是常数，c≥0。
15、s7.根据预警等级判定地质灾害点的安全状态，对于高风险等级，基于流固耦合理论构建地质灾害点的有限元仿真预演模型，通过地质灾害预防系统模拟地质灾害点不同工况下的稳定状态和变形演化趋势；
16、s8.根据地质灾害点的预警和稳定状态，结合地质灾害安全知识库，系统自动推送地质灾害安全防控预案。
17、进一步地，所述自动监测数据包括降雨量、气温、地下水位、水库或河流水位、地表位移、深部位移、地表裂缝和地应力；所述观测数据包括地表建筑物的变形迹象、地表裂缝的发展趋势和地表树木的倾斜变化。
18、进一步地，在步骤s4中，基于累计位移预测模型和历史位移监测数据，预测地灾点未来7天内的变化趋势和最大累计位移。
19、进一步地，所述多因子预警模型可根据地域特点制定不同的预警策略和预警阈值。
20、一种地质灾害数字孪生预防系统，包括：
21、监测感知模块，用途为实时接入自动监测、人工监测和群测群防等地灾点的变形、地下水位、降雨量等数据；通过滤波、降噪处理后，自动将监测数据存储到地灾数据库中；
22、安全预测模块，用途为基于变分模态分解和机器学习算法，构建位移预测模型；基于位移预测模型和监测数据，预测地灾点未来7天或2周内的变化趋势和最大位移；
23、安全预警模块，用途为基于地灾点的变形、库水位、降雨量等因素设置预警阈值，构建地灾预警模型，通过预警策略解算，模型自动计算出预警等级；预警等级分为红色、橙色、黄色和蓝色四个级别；基于变形、库水位、降雨等监测数据，地灾预警模型实时计算并推送地灾点的预警等级；
24、安全预演模块，用途为构建地灾体有限元计算模型，将计算模型分为滑体和滑床两个部分，分别赋予相应的材料属性，并采用三维四面体孔压单元对计算模型进行网格划分；对模型设置约束条件及荷载后进行流固耦合分析计算；通过参数率定，构建地灾点的有限元仿真预演模型；对于高预警等级，基于仿真预演模型在线模拟地灾点不同工况下的稳定性系数和位移、应力、应变等值线云图；
25、安全预案模块，用途为根据地灾应急预案、处治案例、阈值经验等知识，构建地灾安全知识库；根据地灾点的预警和稳定状态，结合地灾安全知识库，实时推送地灾安全防控预案。
26、本发明具有以下有益效果：
27、数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体的全生命周期过程。本发明基于数字孪生技术，构建集地灾信息感知、地灾预报、地灾预警、地灾预演和地灾预案于一体的预防方法与系统平台，实现地灾在线监测、提前预测地灾变形发展变化、及时预警并推送预警信息、实时预演模拟地灾变形破坏趋势、自动推送地灾预案响应措施，能有效提高地质灾害预防的智能化水平，满足地质灾害智能预防与管理的需求。
28、现场试验表明，采用本发明，可实现“四预”：预测—对地质灾害进行提前预测预报；预警—对地质灾害进行及时预警，并推送预警等级信息给相关人员决策；预演—根据不同工况，对地质灾害进行仿真模拟；预案—根据地质灾害当前或未来状态，自动推送相关预案响应措施。
29、本发明在某大型水库170蓄水过程中，为保障库区地灾安全发挥了积极作用，产生了显著的经济与社会效益。
1.一种地质灾害数字孪生预防方法，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的地质灾害数字孪生预防方法，其特征在于：所述自动监测数据包括降雨量、气温、地下水位、水库或河流水位、地表位移、深部位移、地表裂缝和地应力；所述观测数据包括地表建筑物的变形迹象、地表裂缝的发展趋势和地表树木的倾斜变化。
3.如权利要求1或2所述的地质灾害数字孪生预防方法，其特征在于：在步骤s4中，基于累计位移预测模型和历史位移监测数据，预测地灾点未来7天内的变化趋势和最大累计位移。
4.如权利要求1或2所述的地质灾害数字孪生预防方法，其特征在于：所述多因子预警模型可根据地域特点制定不同的预警策略和预警阈值。
5.如权利要求3所述的地质灾害数字孪生预防方法，其特征在于：所述多因子预警模型可根据地域特点制定不同的预警策略和预警阈值。
6.一种地质灾害数字孪生预防系统，其特征在于，包括：
