本发明涉及一种库岸危岩体动态监测及涌浪预测系统和方法。
背景技术：
1、我国西南地区水力资源丰富。近年来，随着国家加快对西南地区水力资源的开发，新建有大量的水电站，重大水库陆续投入运营。强烈的人类工程活动扰动和水位抬升，造成库区的工程地质环境发生改变。随着时间的演化，会导致库岸边坡消落区岩体的强度逐渐降低，危岩体的稳定性不断降低。一旦发生失稳破坏，将会引发威胁范围更广、影响程度更为恶劣的次生涌浪灾害。
2、因此，针对影响危岩体稳定性的各项诱发因素，建立数字孪生体系、开展智能化动态监测和预警，对构建智慧水利体系至关重要。当前，关于库岸危岩体的监测手段多种多样，但传统监测手段存在着较大的局限性：
3、1.库岸危岩体的调查监测手段多以人工调查为主，然而库岸危岩体常在陡峭的库岸边坡上发育，工作条件极具恶劣，调查时间长、调查难度大，调查精度有限，具有较大的局限性。
4、2.传统调查方法调查对象、调查手段单一，所得数据较为单一，难以直观的反映出危岩体的真实情况，导致所得结果的精度低，预警难度大。
5、3.非专业技术人员难以直观了解危岩体当前的稳定性状态，对其产生的后果难以准确评价。
6、在现有技术中，虽已有较多的关于危岩体监测相关发明的发表，但受可行性和可操作性的影响，难以全面的获取库岸危岩体的信息，对其稳定状态有更加深刻的认识。并且，由于危岩体的演化和失稳过程极为复杂，传统的研究方法难以全面的考虑诱发库岸危岩体失稳的诸多影响因素，深度考虑消落区岩体强度和岩体结构对危岩体稳定性影响在这一领域有所不足，对其后续产生次生涌浪灾害对沿线居民区和航行船只的预测预警手段有所忽视，但这些方面却对开展库岸危岩体监测和次生涌浪灾害预测是至关重要的。基于此，亟需一种能够向用户直观展示库岸危岩体当前状态和监测成果，向沿岸居民和船只传达涌浪危害信息的技术方法
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种库岸危岩体动态监测及涌浪预测系统和方法，将数字孪生技术理念应用至库岸危岩体监测中，以解决当前库岸危岩体监测数据单一、应用效果不足的难点问题。
2、为了解决上述问题，本发明的技术方案为：
3、一种库岸危岩体动态监测及涌浪预测系统，包括三维河流场景模块、危岩体三维地质体模型模块、危岩体地质数据监测模块、危岩体视频动态监测模块、危岩体数字孪生仿真计算模块和危岩体崩塌预警模块，所述三维河流场景模块用于利用河流沿岸三维地形数据，融合河流沿线岸坡的工程地质信息建立数字化河流场景模型；
4、所述危岩体三维地质体模型模块用于通过利用危岩体工程地质信息将其融合至三维河流场景模型中，建立危岩体三维地质体模型；
5、所述危岩体地质数据监测模块用于根据布置在危岩体上的雨量计、位移计和应力计传输过来的数据，动态监测危岩体的实时情况；
6、所述危岩体视频动态监测模块用于通过在危岩体两侧岸坡和对岸岸坡上布置视频监测仪器，实时动态监测危岩体的位移变化，提取运动岩体区域，预测出发生变形危岩体的具体位置和体积；
7、所述危岩体数字孪生仿真计算模块是用于通过集成三维河流场景模块、危岩体三维地质体模型模块、危岩体地质数据监测模块和危岩体视频动态监测模块的信息，实现对危岩体数据的动态更新；
8、所述危岩体崩塌预警模块用于根据危岩体数字孪生仿真计算模块的计算结果，在三维河流场景模块中动态展示危岩体的失稳运动、涌浪产生和传播过程，并根据涌浪高度的大小划分涌浪风险区，对涌浪风险区内的居民区和船只发送预警信息。
9、一种库岸危岩体动态监测及涌浪预测系统的方法，包括如下步骤：
10、步骤s1、采集河流两岸坡体三维地形数据、水位、流量、沿线居民区分布数据、河流航行船只信息，建立三维河流场景模块；
11、步骤s2、通过对危岩体现场开展详细工程地质调查，采集所述危岩体的边界、地层岩性分布、岩体内部结构、裂缝信息，将其赋予至三维河流场景模块中，得到特定危岩体在对应岸坡上三维地质体模型；
12、步骤s3、利用步骤s2采集得到所述危岩体的工程地质信息，确定危岩体的失稳模式，通过在危岩体裂缝处布置位移监测仪监测后缘裂缝的变形情况，在危岩体基座岩体处布置应力计监测危岩体垂直方向上应力的变化情况，在坡体上布置雨量计监测坡体上雨量变化；
13、步骤s4、在危岩体两侧和对岸岸坡上布置视频监测仪器，实时获取危岩体的影像资料，基于运动目标监测算法，实时动态监测危岩体的位移变化，捕捉运动岩体区域，预测出实时发生变形危岩体的具体位置和体积；
14、步骤s5、对危岩体的位移值和应力值设置阈值，通过对步骤s3得到的位移监测数据和应力监测数据或步骤s4中捕捉得到运动岩体的位移值是否到达阈值，来判断是否进入稳定性计算模块，基于极限平衡原理计算危岩体的稳定性；
15、步骤s6、当稳定性计算模块中计算得到危岩体稳定性系数fos≤1时，开启速度计算模块和涌浪计算模块基于能量守恒原理计算危岩体的入水速度，基于公式法来计算涌浪大小；
16、步骤s7、利用步骤s6危岩体数字孪生仿真计算模块所得涌浪计算结果，基于河道内涌浪高度大小划分不同涌浪危险区，将涌浪危险区内涌浪强烈程度信息发送给影响区域内的居民和航行船只
17、本发明的有益效果为：
18、(1)通过上述技术方法，一种基于数字孪生技术的库岸危岩体动态监测及涌浪预测方法能够集成多源数据，建立一个数字化的三维河流场景模块，实现对河流的水位、流速、航行船只、降雨等信息的动态展示，方便非专业人员更加直观、简便的了解河流的动态信息，掌握当前河流所处状态；
19、(2)通过上述技术方法，一种基于数字孪生技术的库岸危岩体动态监测及涌浪预测方法能够将地质信息融合进入上述三维河流场景模型中，建立对应岸坡的三维地质体模型，实现对地质灾害体的全面监测预警，有助于非专业人员实时掌握地质体动态信息，也为防灾减灾工作提供了有力的支撑。
20、(3)通过上述技术方法，一种基于数字孪生技术的库岸危岩体动态监测及涌浪预测方法能够通过视频动态监测数据，来实时判断危岩体的运动状态和位置，预测危岩体的体积，更新危岩体的详细信息，得到更为精确的结果；以避免出现仅注重危岩体整体监测而忽略局部失稳可能性。实现了智能化、精确化预测，建立符合实际情况数字孪生监测体系。
21、(4)通过上述技术方法，一种基于数字孪生技术的库岸危岩体动态监测及涌浪预测方法能够通过集成上述河流信息、危岩体地质信息和监测信息，来实时动态判断当前危岩体的稳定状态，并对后续的次生涌浪灾害进行模拟计算；同时还可以根据三维河流场景模块中的信息，来向涌浪影响区内的居民和船只发送预警信息，方便使用者对地质灾害的预警预报。
1.一种库岸危岩体动态监测及涌浪预测系统，其特征在于，包括三维河流场景模块、危岩体三维地质体模型模块、危岩体地质数据监测模块、危岩体视频动态监测模块、危岩体数字孪生仿真计算模块和危岩体崩塌预警模块，
2.根据权利要求1所述的一种库岸危岩体动态监测及涌浪预测系统，其特征在于，所述工程地质信息包括河流水位变化数据、流量数据、沿线居民区分布数据和河流航行船只信息。
3.根据权利要求1所述的一种库岸危岩体动态监测及涌浪预测系统，其特征在于，所述危岩体数字孪生仿真计算模块包括监测数据阈值模块、稳定性计算模块、速度计算模块和涌浪计算模块；监测数据阈值模块对危岩体的位移值和应力值设置阈值，当达到阈值时，开启稳定性计算模块、速度计算模块和涌浪计算模块，实时动态计算危岩体的稳定性系数和入水速度，并计算该时刻下危岩体的入水速度，计算该时刻下的涌浪状态。
4.根据权利要求1所述的一种库岸危岩体动态监测及涌浪预测系统，其特征在于，所述危岩体三维地质体模型模块通过利用危岩体的工程地质信息，将其融合至三维河流场景模型中，赋予对应岸坡的地层岩性、产状、裂缝信息，建立得到危岩体的三维地质体模型。
5.一种使用权利要求1到4任一项所述的库岸危岩体动态监测及涌浪预测系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：
