北斗地基增強系統(tǒng)在地質(zhì)災害預警方面的應用研究

王軍見 王金娜 高彥濤

摘 要：利用北斗地基增強系統(tǒng)作為基準服務，選擇有代表性的典型滑坡和地面沉降區(qū)作為示范區(qū)，建立滑坡和地面沉降實時監(jiān)測系統(tǒng)，提高對重點地區(qū)地質(zhì)災害的監(jiān)測效率和預警能力，使得地質(zhì)災害監(jiān)測預警更加實時和高效。

關鍵詞：北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)；地基增強系統(tǒng)；地質(zhì)災害預警

中圖分類號：P228.4 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）02-0041-02

Application of Beidou Foundation Reinforcement System in

Earthquake Disaster Prediction

WANG Junjian WANG Jinna GAO Yantao

（Institute of Surveying Mapping and Geoinformation of Henan，Zhengzhou Henan 450007）

Abstract： Using the Beidou foundation enhancement system as the reference service， the typical typical landslide and the land subsidence area were selected as the demonstration area， and the real-time monitoring system of landslide and land subsidence was established to improve the monitoring efficiency and early warning ability of geological disasters in key areas， which makes that the monitoring and early warning of geological disasters becomes more real-time and efficient.

Keywords： Beidou navigation system；foundation reinforcement system；early warning of geological disasters

眾所周知，我國幅員遼闊、地質(zhì)類型豐富，境內(nèi)包含有滑坡、泥石流、地面沉降等眾多地質(zhì)災害類型地區(qū)，每年因地質(zhì)災害所造成的人員傷亡和經(jīng)濟損失十分巨大。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS）是我國自主研發(fā)的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，面向我國及周邊區(qū)域提供導航、定位服務，常規(guī)的民用北斗系統(tǒng)定位可以達到1～10m定位精度。為滿足用戶對高精度導航與位置服務的需求，在北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的基礎上，可以建立連續(xù)運行接收北斗衛(wèi)星信號的地面參考站及北斗基準站控制中心，組成北斗地基增強系統(tǒng)（Beidou Ground-based Augmentation System，BD-GBAS），為覆蓋區(qū)域范圍的終端用戶提供高精度北斗定位及導航服務[1]。

該項目利用北斗地基增強系統(tǒng)相關資源開展地質(zhì)災害監(jiān)測及預警，對典型地質(zhì)災害地區(qū)進行研究，建立起基于BD-GBAS的地質(zhì)災害監(jiān)測預警示范系統(tǒng)，并逐步向全國推廣。

1 研究目的

①以BD-GBAS為基礎平臺，利用北斗/GNSS技術、網(wǎng)絡技術等，選擇典型滑坡體，建立監(jiān)測網(wǎng)，獲取監(jiān)測網(wǎng)的高精度監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合北斗地基增強系統(tǒng)基準站實現(xiàn)滑坡體的實時動態(tài)監(jiān)測和定期監(jiān)測。

②基于北斗地基增強系統(tǒng)的滑坡體監(jiān)測實施過程，針對滑坡體基站的設置、電力供應、數(shù)據(jù)傳輸及安全等關鍵技術展開研究，以期獲得適合地質(zhì)災害預警監(jiān)測的工作方法。

③根據(jù)滑坡體的監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析滑坡體的穩(wěn)定性，建立滑坡體的監(jiān)測預警管理系統(tǒng)，從而實現(xiàn)監(jiān)測信息采集、傳輸、預警、管理、分析和決策一體化。

2 技術路線

該項目主要以北斗地基增強系統(tǒng)為基準網(wǎng)，作為地質(zhì)災害監(jiān)測統(tǒng)一的空間基準，在此基礎上布設滑坡體監(jiān)測網(wǎng)，同時以現(xiàn)有的傳輸系統(tǒng)為基礎，把監(jiān)測點的監(jiān)測信息實時傳送到數(shù)據(jù)處理中心，通過與基準站網(wǎng)進行實時解算處理，從而獲得監(jiān)測點的實時變形信息，同時進行周期性高精度GNSS靜態(tài)解算，獲得高精度的基線處理數(shù)據(jù)，并進行可視化表達，通過滑坡變形模型來確定滑坡的穩(wěn)定性。

具體來看，一是選擇典型滑坡體，盡量選擇有一定工作基礎、各方面條件成熟的滑坡體，根據(jù)滑坡體的特點，布設合適的監(jiān)測網(wǎng)，一般由基準點和監(jiān)測點組成。二是利用現(xiàn)有地面網(wǎng)絡通信條件或者北斗通信能力，組建監(jiān)測網(wǎng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，并將外業(yè)監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送至BD-GBAS的數(shù)據(jù)處理中心。三是將監(jiān)測網(wǎng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)與BD-GBAS的基準站數(shù)據(jù)進行整網(wǎng)平差處理，獲得監(jiān)測網(wǎng)的精確坐標，從而獲得監(jiān)測網(wǎng)的高精度周期性監(jiān)測結(jié)果。同時，利用BD-GBAS提供的高精度定位技術，實現(xiàn)對監(jiān)測點的實時動態(tài)監(jiān)測。四是針對特定的滑坡體，根據(jù)其滑坡變形規(guī)律，利用實時的滑坡體監(jiān)測數(shù)據(jù)分析滑坡體的穩(wěn)定性，建立滑坡體的監(jiān)測預警管理系統(tǒng)，從而實現(xiàn)監(jiān)測信息采集、傳輸、預警、管理、分析和決策一體化。五是建立滑坡體監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)，系統(tǒng)采用B/S模式，通過Web服務器將監(jiān)測信息發(fā)布到網(wǎng)上，實現(xiàn)通過網(wǎng)上Web瀏覽器查詢各監(jiān)測點測值、監(jiān)測基本情況、統(tǒng)計分析情況和預警信息。

3 關鍵技術

3.1 北斗實時高精度定位方案的確定

根據(jù)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)由GEO、IGSO、MEO這3種星座組成的特點，分析不同衛(wèi)星星座信號質(zhì)量、觀測數(shù)據(jù)的精度和穩(wěn)定性以及衛(wèi)星幾何圖形結(jié)構(gòu)等，研究不同的隨機模型對定位精度的影響，提出一套適合災害監(jiān)測的北斗實時高精度定位方案。

3.2 北斗/GPS不同解算模式對比及精度分析

目前，GNSS主要由北斗、GPS、GLONASS等幾種衛(wèi)星星座組成，北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)發(fā)布之前，主要依靠GPS衛(wèi)星進行定位解算，一旦GPS衛(wèi)星服務關閉，只能依靠北斗衛(wèi)星，因此應開展不同數(shù)據(jù)條件下GNSS定位解算及精度分析。目前主要有3種解算方式：北斗單獨解算、GPS單獨解算、北斗/GPS共同解算。其中GPS單獨解算模式已經(jīng)比較成熟，通過對比分析探討北斗單獨解算和北斗/GPS共同解算2種模式下的數(shù)據(jù)解算精度可靠性能否滿足災害體的實時監(jiān)測。

3.3 北斗高精度實時定位數(shù)據(jù)處理和誤差建模方法

基準站網(wǎng)的快速模糊度確定是獲取高精度誤差改正數(shù)的前提。因此，本項目首先對北斗基準站觀測值的各種誤差特性進行分析研究，綜合利用北斗三頻的組合觀測值、高精度已知的基準站坐標等多個條件，探索出快速、可靠的基準站網(wǎng)三頻模糊度確定方法。采用的模糊度確定基本過程為首先選用波長較長、電離層延遲很小、觀測噪聲較小的組合觀測值進行模糊度確定，然后選用波長適中、電離層延遲和觀測噪聲較小的組合觀測值確定模糊度，并逐步計算得到各個載波的整周模糊度。

4 系統(tǒng)創(chuàng)新點

4.1 實現(xiàn)地質(zhì)災害監(jiān)測空間基準的統(tǒng)一

北斗地基增強系統(tǒng)是一個動態(tài)的、連續(xù)的空間框架基準，同時也是快速、高精度獲取空間數(shù)據(jù)和地理特征的重要基礎設施，可在全省區(qū)域內(nèi)向大量用戶同時提供高精度、高可靠性、實時的定位信息，并實現(xiàn)測繪數(shù)據(jù)的完整統(tǒng)一。因此，與地基增強系統(tǒng)結(jié)合不僅實現(xiàn)了不同地質(zhì)災害監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測空間基準的統(tǒng)一，解決了單體災害監(jiān)測基準不穩(wěn)定問題，而且可以實現(xiàn)對滑坡體的全自動、全天候、實時高精度空間和時間的監(jiān)測。

4.2 提出基于BD-GBAS的地質(zhì)災害監(jiān)測方法

北斗地基增強系統(tǒng)（BD-GBAS）利用北斗系統(tǒng)、網(wǎng)絡技術、移動GIS技術等技術手段，在全省范圍內(nèi)提供不同精度要求的位置服務。因此，通過與北斗地基增強系統(tǒng)基準站聯(lián)測及監(jiān)測點布設，能夠快速實現(xiàn)災害監(jiān)測網(wǎng)的部署，從而建立基于BD-GBAS的災害監(jiān)測系統(tǒng)。

4.3 地面網(wǎng)絡通信與北斗通信相結(jié)合確保數(shù)據(jù)傳送的可靠性

北斗系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)全球范圍內(nèi)全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠的定位、導航、授時服務，而且具有短報文通信能力。因此，與地面網(wǎng)絡通信相結(jié)合能夠確保極端條件下地質(zhì)災害監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳送可靠性。

5 結(jié)語

本研究的目標是在傳統(tǒng)的地質(zhì)災害監(jiān)測系統(tǒng)基礎上，利用北斗地基增強系統(tǒng)作為基準服務，選擇有代表性的典型滑坡、崩塌和地面沉降區(qū)作為示范區(qū)，建立滑坡和地面沉降實時監(jiān)測系統(tǒng)，提高對重點地區(qū)地質(zhì)災害的監(jiān)測效率和預警能力，使得地質(zhì)災害監(jiān)測預警更加實時和高效。

參考文獻：

[1]張乙志，金鍇，劉立，等.北斗地基增強系統(tǒng)網(wǎng)絡RTK測試分析[J].全球地位系統(tǒng)，2016（6）：115-118.