(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211170033.1 (22)申请日 2022.09.26 (71)申请人 北京云庐科技有限公司 地址 100070 北京市丰台区万丰路316号 万 开中心写字楼 A座501 (72)发明人 朱樟柳　严步青　石连武　韩忠　 喻光明　王长欣　田淑明　闫鹏洋　 李兵　 (74)专利代理 机构 北京卓纬律师事务所 1 1872 专利代理师 孙志峰 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G01D 21/02(2006.01) G08B 21/10(2006.01)G08B 31/00(2006.01) (54)发明名称 一种基于数字孪生技术的泥石流监测方法 及系统 (57)摘要 一种基于数字孪生技术的泥石流监测方法 及系统， 属于结构监测技术领域， 通过采集泥石 流体所在区域的基本信息、 在 泥石流体所在区域 布置监测设备、 在泥石流体所在区域附近区域建 立无人机站点等， 采集并监测泥石流的具体状 况； 在云端 监测系统SasS中建立泥石流体数字孪 生体， 并通过设置数字孪生体唤醒模块、 监测告 警模块、 无人机巡查模块、 和/或仿真评估模块， 对泥石流体的实时状况进行监测， 并通过仿真计 算得出未来 设想工况下泥石流若爆后的流速、 波 及范围等。 以上方法及系统能够实现线上实时仿 真， 对泥石流体爆发后可能的流速及波及范围进 行提前预判； 计算结果能同步给建立的VR泥石 流 体模型进行显示。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 115422766 A 2022.12.02 CN 115422766 A 1.一种基于数字 孪生技术的泥石流监测方法， 具体包括以下步骤： 步骤S01、 初步采集泥石流体所在区域的数字高程模型数据， 预估泥石流流域物源区、 流通区及堆积区， 确定泥石流流域泥石流物源范围的颗粒大小分布； 确 立泥石流体所在区 域内泥石流降雨阈值 R0； 步骤S02、 在所述泥石流体所在区域布置监测设备， 采集所述泥石流体的位移、 土壤含 水率、 以及降雨量； 所述监测设备采集的实时数据存入监测数据模块， 并将所述监测数据模 块接入云端监测系统SasS； 步骤S03、 在泥石流体所在区域附近区域建立 一处无人机站点， 配备n台无 人机； 步骤S04、 在云端监测系统SasS中形成泥石流体数字孪生体： 建立所述泥石流体所在区 域的三维地形模型、 确立刨除所述物源区的地表模 型、 建立所述物源区的流固耦合模型； 选 择离散元计算软件作为云端仿真计算求解器； 将获得的未来气象数据接入云端监测系统 SasS； 步骤S05、 在所述云端监测系 统SasS中设置数字孪生体唤醒模块、 监测告警模块、 无人 机巡查模块、 和/或仿真评估 模块； 其中， 所述数字孪生体唤醒模块， 用于当未来 时段的降雨数据 R大于泥石流体所在区域 内泥石流降雨阈值 R0时， 指令所述 监测设备转 为高频监测； 所述监测告警模块， 用于在所述 监测数据模块中的数据超过设定的阈值时， 发出告警； 所述无人机巡查模块， 用于在符合降雨停止的条件下， 唤醒无人机按照事先设定的航 线巡飞， 采集最新的泥石流体所在区域的数字高程模型数据， 并将数据传输至云端监测系 统SaaS， 所述云端监测系统SaaS依据该云端监测系统SaaS更新所述三维地形模型、 地表模 型及流固耦合模型； 所述仿真评估模块， 用于利用所述三维地形模型、 地表模型及流固耦合模型， 采用所述 云端仿真计算 求解器进行仿真计算， 得 出未来设想 工况下泥石流若爆后的流速、 波及范围。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤S01中， 所述数字高程模型数据由无人 机航测获得， 其中， 泥石流体所在区域的图幅大小根据该泥石流体可能获得物源沟谷水系 范围确定 。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤S04中， 利用步骤S01中采集的所述数 字高程模型数据， 建立所述泥石流体所在区域的三 维地形模 型； 利用步骤S 01中泥石流流域 的预估结果， 确立刨除所述泥石流流域物源区的地表模型； 利用步骤S 01中泥石流流域的预 估结果， 确立所述泥石流流域物源区实体， 并依据步骤S 01中确定的泥石流流域物源区的颗 粒大小分布数据， 建立所述物源区的流固耦合模型。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述步骤S02中， 在所述泥石流体所在区域 布置监测设备， 具体可以采用以下方式： 在步骤S01确立的所述泥石流流域物源区范围内， 布置若干 GNSS位移 监测传感器； 在各物源区的中部布置1 ‑2套含水率采集设备； 在泥石流主 沟口安全位置布置一套视频图像采集设备； 在泥石流沟谷边坡制高点安全位置布置一套次 声波发生采集设备； 在泥石流沟谷边坡靠近泥石流沟谷一侧 安全区域设置降雨量采集仪； 所述位移 监测传感器、 含水率采集设备、 视频图像采集设备、 次声波发生采集设备及降雨量 采集仪构成监测硬件模块； 由所述监测硬件模块采集的实时数据存入监测数据模块， 并将 所述监测数据模块接入云端监测系统Sa aS。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115422766 A 25.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， 所述监测硬件模块中的所述监测设备形成 Mesh无线自组网， 以增 加设备信息传输的稳定性和可靠性。 6.一种基于数字孪生技术的泥石流监测系统， 包括泥石流体基本数据模块、 监测硬件 模块、 监测数据模块、 无 人机站点以及云端监测系统SasS； 其中， 所述泥石流体基本数据模块用于初步采集泥石流体所在区域的数字 高程模型数 据， 泥石流流域物源区、 流通区及堆积区范围数据， 泥石流流域泥石流物源范围的颗粒大小 分布数据； 所述监测硬件模块为在所述泥石流体所在区域布置的监测设备， 用于采集所述泥石流 体的位移、 土壤含水率、 以及降雨 量； 所述监测硬件模块采集的实时数据存入监测数据模块， 并且所述监测数据模块接入所 述云端监测系统SasS； 所述无人机站点设置在泥 石流体所在区域附近区域， 配备n台无 人机； 所述云端监测系 统SasS中， 包括三维地形模型、 地表模型、 流固耦合模型、 以及云端仿 真计算求解器； 所述云端仿真计算 求解器为根据实际需要选择的离 散元计算软件。 7.根据权利要求6所述的系统， 其特征在于， 所述云端监测系统SasS中， 还包括数字孪 生体唤醒模块、 监测告警模块、 无 人机巡查模块、 和/或仿真评估 模块； 所述数字孪生体唤醒模块， 用于当未来时段的降雨数据 R大于泥石流体所在区域内泥 石流降雨阈值 R0时， 指令所述 监测硬件 模块中的监测设备转 为高频监测； 所述监测告警模块， 用于在所述 监测数据模块中的数据超过设定的阈值时， 发出告警； 所述无人机巡查模块， 用于在符合降雨停止的条件下， 唤醒无人机按照事先设定的航 线巡飞， 采集最新的泥石流体所在区域的数字高程模型数据， 并且将数据传输至云端监测 系统SasS， 所述云端监测系统SaaS依据该云端监测系统SaaS更新所述三维地形模型、 地表 模型及流固耦合模型； 所述仿真评估模块， 用于利用所述三维地形模型、 地表模型及流固耦合模型， 采用所述 云端仿真计算 求解器进行仿真计算， 得 出未来设想 工况下泥石流若爆后的计算结果。 8.根据权利要求6所述的系统， 其特征在于， 所述监测硬件模块中的所述监测设备形成 Mesh无线自组网， 以增 加设备信息传输的稳定性和可靠性。 9.根据权利要求6所述的系统， 其特征在于， 所述泥石流体所在区域的所述三维地形模 型利用所述泥石流体基本数据模块的所述数字高程模型数据建立； 刨除所述泥石流流域物 源区的所述地表模型利用所述泥石流体基本数据模块中泥石流流域的预估 结果确立； 所述 物源区的流固耦合模型利用基本数据模块中泥石流流域的预估结果以及泥石流流域物源 区的颗粒 大小分布数据建立。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115422766 A 3