数学预警模型 · 第二版技术文档

版本： v2（第二版） 算法名称： 传感器标定对齐 + 快速滑动基准预警模型 日期： 2026-08-14

一、v2 相对 v1 的改动

项目 v1 v2 原因
预警等级命名 1=三级 / 3=一级（一级最严重） 0=正常 / 1=一级 / 2=二级 / 3=三级（三级最严重） 等级体系规范：数字越大越严重，最高为三级
泥石流权重 0.40S+0.30Q+0.20dQ+0.10ΔS 0.30S+0.35Q+0.20dQ+0.15ΔS 土壤易饱和顶分，降权重；流量（山洪信号）升最高权重
Q_MAX（满槽流量） 30 L/min 3 L/min 对齐 YF-S401 实测量程（实测最大 ~1.7）
DQ_MAX（变化率上限） 5 L/min/s 0.5 L/min/s 实测秒级跳变 ~0.3
尖峰回退阈值 2.0 0.5 同上，让流量数据真正参与推理
滑动基准冷启动 2 小时 15 分钟 更快自适应当地气候
山洪独立路径 F 0.6Q̄+0.4dQ̄ 保留 流量暴涨独立触发，不受土壤门槛限制
LCD 显示 无 风速/土湿度/水流速/预警等级 现场直观显示
流速脉冲诊断 单沿计数 上升/下降沿分开计数 + D8 电平 快速定位接线/沿方向问题

二、算法结构（v2）

最终等级 = max(泥石流 D, 山洪 F, 风速, 流量尖峰, 突变, 土壤饱和)   ← 0~3

等级定义（数字越大越严重）：

等级 含义 触发示例
0 正常 各因子均低于阈值
1 一级预警（最轻） D/F ≥ 0.45，或风速 ≥25 km/h，或突变
2 二级预警 D/F ≥ 0.55，或风速 ≥40 km/h，或尖峰 ≥P95
3 三级预警（最严重） D/F ≥ 0.75，或风速 ≥60 km/h

1. 泥石流路径

D = 0.30 × S̄ + 0.35 × Q̄ + 0.20 × dQ̄ + 0.15 × ΔS̄

2. 山洪路径（独立指数）

F = 0.60 × Q̄ + 0.40 × dQ̄

3. 风速路径

≥25 km/h → 一级；≥40 km/h → 二级；≥60 km/h → 三级

4. 流量尖峰路径

秒级变化率超当地历史 P95 → 二级；≥0.8 归一化 → 一级

5. 突变路径（秒级响应）

土壤 5 秒内涨 ≥20% / 风速 60 秒内涨 ≥12 km/h → 立即一级

6. 土壤饱和路径（v2 新增）

土壤 ≥85% 或超当地 P90 → 至少一级（土体饱和本身就是危险，不依赖流量；持续生效，直到土壤回落）

7. 滞回保持（v2 新增，防抖）

三、滑动基准（v2 调整）

四、LCD 显示（v2 新增）

W12.3 S45% F0.50     ← 风速 km/h · 土湿度 % · 水流速 L/min
ALARM:3 L3           ← 预警等级 0~3（0=正常，3=三级最严重）

五、优势

  1. 流量数据真正参与推理：标定参数对齐传感器量程后，Q̄/dQ̄ 从"压扁的蚊子腿"变成有效因子，山洪路径响应真实水流变化
  2. 滑动基准快速启用：15 分钟冷启动，插电一刻钟后自适应当地气候
  3. 等级体系规范：0~3 数字越大越严重，LCD/网页/文档口径统一（三级=最高）
  4. 现场可视化：LCD 实时显示四路核心数据，不依赖电脑/网页即可观测
  5. 诊断能力：脉冲双向沿计数 + 电平输出，接线/信号问题 30 秒定位
  6. 保留 v1 全部优点：多路径独立、简单可解释、冷启动可用

六、缺陷

  1. 流量计量程仍窄：YF-S401 实测 0.05~3 L/min，真实洪水流量远超量程——标定参数是为当前测试环境（水泵+管道）服务的，换环境需重新标定
  2. 风速数据依赖外部电脑（192.168.1.200:8001），该服务离线时风速路径失效（LCD 风速显示 0）
  3. 滑动基准 15 分钟仍可能不够稳：突发天气下前 15 分钟基准质量差，回退绝对值精度有限
  4. 突变阈值仍是经验值（土壤 5s+20%、风速 60s+12km/h），未做统计标定
  5. LCD 仅 ASCII：无法显示中文，现场人员需熟悉 0~3 数字含义
  6. 等级硬阈值：0.45/0.55/0.75 阶梯跳变，无置信度/持续性判定（单点抖动可能误触发）

七、特点

  1. 实时性：每秒重算 + LCD 每秒刷新 + 网页 0.5 秒刷新
  2. 双端显示：网页（完整指标）+ LCD（现场核心指标）
  3. 参数可标定：Q_MAX/DQ_MAX/尖峰阈值来自实测，非拍脑袋
  4. 模块化：5 条路径独立，后续可单独迭代

八、版本规划