北斗和GPS雙系統(tǒng)在災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用

柳 枝，陳炳富，林國利，羅樹江

(廣州中海達(dá)定位技術(shù)有限公司，廣東廣州 511400)

中海達(dá)·開啟智時代

北斗和GPS雙系統(tǒng)在災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用

柳 枝，陳炳富，林國利，羅樹江

(廣州中海達(dá)定位技術(shù)有限公司，廣東廣州 511400)

一、引 言

我國地質(zhì)和地理環(huán)境復(fù)雜，氣候條件時空差異大，是世界上地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一。我國地質(zhì)災(zāi)害主要包括崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、沉降、地裂縫等，具有分布廣泛、活動頻繁、危害嚴(yán)重的特點。據(jù)國土資源部統(tǒng)計，崩塌、滑坡和泥石流的分布范圍占國土陸地面積的44.8%，地質(zhì)災(zāi)害對我國人民生命財產(chǎn)及國民經(jīng)濟(jì)造成了極大的威脅。

衛(wèi)星空間定位技術(shù)因其全天候、自動化、精度高等特點日益成為地殼形變、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測等領(lǐng)域的主要監(jiān)測手段。隨著我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建成，以及基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫的建立，可在危險區(qū)域范圍內(nèi)逐步建立起基于北斗/GPS技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，并將地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警模型與GIS平臺相結(jié)合，實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害信息的采集、傳輸、管理、分析、預(yù)報、決策、發(fā)布的一體化。系統(tǒng)建成后能有效提高地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警預(yù)報能力，為防災(zāi)減災(zāi)提供實時信息服務(wù)，為職能部門提供決策支持和信息發(fā)布服務(wù)。

二、北斗/GPS雙系統(tǒng)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

1.北斗/GPS雙系統(tǒng)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)采集終端

北斗/GPS雙系統(tǒng)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)采集終端采用中海達(dá)VNet8專業(yè)型參考站接收機(jī)，它是中海達(dá)新產(chǎn)品VNet系列測量系統(tǒng)的一部分，也是專門針對參考站應(yīng)用而設(shè)計的專業(yè)型參考站接收機(jī)。它基于192通道Nebulas芯片，支持北斗B1/B2＋GPS L1/ L2，是目前市場支持高精度北斗的雙星監(jiān)測專用接收機(jī)，可以通過RS232接口或網(wǎng)線接口進(jìn)行實時數(shù)據(jù)傳輸，同時借助于高性能的內(nèi)置處理器，可以實現(xiàn)高達(dá)20 Hz的數(shù)據(jù)采樣率。

VNet8專業(yè)型參考站接收機(jī)是為我國北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)量身制作，同時也支持所有GNSS信號接收，包括GPS和GLONASS衛(wèi)星信號，目前尚在部署中的GPSL2C信號，以及未來的GPSL5和歐洲伽利略系統(tǒng)的信號。VNet8專業(yè)型參考站接收機(jī)配備有高達(dá)192個并行接收通道，可以最大限度地跟蹤和觀測所有可見GNSS衛(wèi)星信號，從而提高測量精度和實時RTK測量的性能。

2.北斗/GPS基站解算

北斗/GPS基站解算主要負(fù)責(zé)對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，存儲到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，以及將初步的分析結(jié)果通過Web瀏覽器顯示給相關(guān)人員。對于初步分析出的需要報警的數(shù)據(jù)，預(yù)警系統(tǒng)在進(jìn)行多渠道預(yù)警的同時，將數(shù)據(jù)與后端預(yù)警平臺進(jìn)行交互，并由預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行報警。因此監(jiān)測基站解算不僅承擔(dān)著龐大的數(shù)據(jù)存儲任務(wù)，還承擔(dān)著各種復(fù)雜的分析解算任務(wù)。

3.北斗/GPS雙系統(tǒng)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計

北斗/GPS雙系統(tǒng)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)由3部分組成：地質(zhì)災(zāi)害實時在線監(jiān)測與預(yù)警服務(wù)系統(tǒng)、災(zāi)情信息采集和應(yīng)急指揮通信服務(wù)系統(tǒng)、地質(zhì)災(zāi)害信息綜合管理服務(wù)系統(tǒng)(預(yù)留對上級指揮決策系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口)。

北斗/GPS雙系統(tǒng)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)整體框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體框架

1)災(zāi)害實時在線監(jiān)測預(yù)警：以GNSS監(jiān)測手段為主獲取災(zāi)害隱患點的水情、氣象、形變等監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，必要時進(jìn)行預(yù)警信息的分級發(fā)布。

2)災(zāi)情信息采集和應(yīng)急指揮通信：以GNSS手持終端為主進(jìn)行災(zāi)害現(xiàn)場和救援情況的信息采集，通過GNSS車載終端等通信平臺，為災(zāi)情評估、救援處置和應(yīng)急指揮提供災(zāi)情等基礎(chǔ)信息服務(wù)。

3)地質(zhì)災(zāi)害信息綜合管理：建立對各災(zāi)害隱患點的監(jiān)測預(yù)警信息和災(zāi)害事故點的災(zāi)情信息的大型數(shù)據(jù)綜合管理平臺，并預(yù)留對應(yīng)急指揮決策系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，保留為上級指揮決策部門提供信息參考服務(wù)的能力，必要時可提供各地質(zhì)災(zāi)害隱患點的水情、氣象、形變等歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)和地質(zhì)災(zāi)害事故點的位置、聲音、圖象、視頻等災(zāi)情信息，為指揮決策部門提供信息參考。

三、應(yīng)用實例效果分析

洛陽欒川鉬業(yè)集團(tuán)選礦三公司楊樹洼尾礦庫在線安全監(jiān)測項目采用了此系統(tǒng)，應(yīng)用效果很好。

楊樹洼尾礦庫位于欒川縣西北約21 km，屬于山谷型尾礦庫，壩底高程1073 m，壩頂高程1116.5 m，目前共建有干灘站點6個、庫水位站點1個、浸潤線站點27個、內(nèi)部位移站點4個、GPS站點11個。

本系統(tǒng)首先通過災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)采集終端和解算預(yù)警終端解決現(xiàn)場無人值守預(yù)警系統(tǒng)的基本保障問題；其次通過將監(jiān)測現(xiàn)場監(jiān)測點的數(shù)據(jù)實時傳輸至基準(zhǔn)點北斗/GPS解算預(yù)警終端進(jìn)行數(shù)據(jù)解算及分析，實現(xiàn)對現(xiàn)場監(jiān)測實時分析預(yù)警；同時將超過預(yù)警值的情況通過多種遠(yuǎn)程通信手段傳回遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，從而為管理決策提供可靠的數(shù)據(jù)支持；最終通過決策支持系統(tǒng)對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判定其是否達(dá)到了危險變形，并作出相關(guān)的決策。解算效果如圖2所示，點位變形監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線如圖3所示。

本系統(tǒng)在楊樹洼尾礦庫已正常運行3年多，通過數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析，同時根據(jù)系統(tǒng)運行結(jié)果的展示，很好地實現(xiàn)了監(jiān)測預(yù)警功能，說明北斗/GPS雙系統(tǒng)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)能很好地實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測。

圖2 解算效果

圖3 點位變形監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線

四、結(jié)束語

基于北斗/GPS雙系統(tǒng)的災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的監(jiān)測方式具備多方面的特點：監(jiān)測指標(biāo)全面、絕對位置真實、系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、技術(shù)指標(biāo)優(yōu)越、預(yù)警預(yù)報及時、數(shù)據(jù)采集連續(xù)、遠(yuǎn)程管理便捷、投資費用節(jié)約、硬件層次少、分析手段多、信息發(fā)布快、應(yīng)用范圍廣，該監(jiān)測系統(tǒng)的成功應(yīng)用證明了此監(jiān)測系統(tǒng)達(dá)到了國際先進(jìn)水平，填補(bǔ)了國際北斗衛(wèi)星技術(shù)在變形監(jiān)測中應(yīng)用的空白。

(本專欄由中海達(dá)和本刊編輯部共同主辦)