基于北斗的地質災害綜合監測技術應用

文|姜慧

1.中鐵第五勘察設計院集團有限公司 2.北斗導航裝備與時空信息技術鐵路行業工程研究中心

質災害監測預警的重要手段，已在多行業領域得到成功應用。

一、基于北斗的地質災害綜合監測系統

1.數據源

2020 年7 月31 日，隨著我國自主研發建設部署的北斗三號全球衛星導航系統正式建成開通，利用北斗的高精度位置服務能力開展在地質災害監測預警領域的研發與應用成為行業重要發展方向。目前國內已建設完成了多個全國范圍的北斗地基增強站網系統，相關區域級、行業級北斗地基增強系統建設正在有序推進。通過研發部署北斗地質災害綜合監測預警平臺、高精度數據解算平臺以及地質災害監測終端等，實時獲取精準的地質運動等數據，感知隱患點觀測周期內的微觀運動變化，融合應用大數據、云計算、物聯網等技術，為地質災害前、中、后期提供關鍵數據支撐[3]。

2.系統總體組成簡介

本系統基于北斗鐵路行業綜合應用示范工程項目，由中鐵第五勘察設計院集團有限公司北斗導航裝備與時空信息技術鐵路行業工程研究中心研發構建。基于北斗的地質災害綜合監測系統主要包括：

1）北斗地質災害綜合監測預警平臺。可實現地質災害隱患點基礎調查、數據管理、動態監測、預警預報等全過程的信息化、智能化和標準化管理。

2）北斗高精度數據解算平臺。作為GNSS 數據解算的核心服務，負責GNSS 位移數據的解算和結果上報。

3）北斗地質災害監測終端。集成國內多款成熟高精度模塊產品、多元傳感器等，可滿足信號接收、測量精度等綜合監測需求。

系統總體框架示意圖如圖1 所示。

圖1 系統總體框架示意圖

3.北斗地質災害綜合監測預警平臺

北斗地質災害綜合監測預警平臺（圖2）通過利用北斗、物聯網、大數據、云計算等多種技術手段，廣泛適用于泥石流、滑坡、沉降、裂縫等多種不同類型地質災害的綜合監測預警平臺，實現地質災害自動監測、數據分析、預報預警、應急保障等服務于一體，保障地質災害前、中、后全生命周期的數據化動態管理，全面提升地質災害的綜合預警與處置防治等工作[4]。

2.油氣管網地災監測

油氣管網作為我國重要的長線型能源基礎設施，其建設跨度大、建設距離遠、周邊環境復雜，尤其是在地質板塊運動活躍的山地區域，容易發生地質災害損害管道與能源運輸安全。選取項目地質災害監測點，建設北斗地基增強站，構建融合北斗位移監測終端、測斜儀、裂縫計、水位計、溫度計、雨量計等自動化監測傳感器在內的油氣管網地質災害形變自動監測網。通過研發部署油氣管網項目北斗地質災害綜合監測預警平臺，對地質災害隱患點位可能出現的山體滑坡、管道沉降等險情進行提前預警分析，為管道運行環境監測提供歷史數據分析與應急處置預案，降低地質災害對管網運營安全的威脅，提升油氣管網安全運行數字化感知分析與決策能力（圖5）。

圖5 油氣管網行業北斗地災監測應用

3.水利基礎設施地災監測

水利基礎設施工程是保障國家經濟發展、維護生態綠色監控、確保社會安全穩定的重要組成部分。利用我國自主研發的國產北斗衛星導航技術，開展邊坡監測、大壩監測等是水利行業提升減災防災、應急處突數字化水平的有效手段。通過在水利項目現場地質災害監測點部署北斗地質災害監測終端、土壓力盒、水壓計、水位計、雨量計等多元傳感器，實現監測點位毫米級位移變化的實時感知，并對監測范圍內的溫度、水壓、水位、應力等數據進行綜合智能分析，確保在各種氣候條件下的全天候地質災害監測預警。利用現場4G 網絡、北斗短報文通信等方式，將監測高精度數據傳輸至北斗地質災害綜合監測預警平臺，實現水利監測數據的采集、存儲、分析、預警等一體化管理（圖6）。此外，通過將相關監測數據與分析結果及時上報企業級/ 政府側地質災害監測預警平臺，確保區域地質災害預警預報信息的互聯共享，極大程度上提升地質災害監測預警能力。

圖6 水利行業北斗地災監測應用

三、結束語

目前，基于北斗的地質災害綜合監測系統已在農業、林業、交通、水利、市政等諸多行業得到了成功應用。由于地質運動的復雜性，地質災害的精準預警預報仍是一個國際難題，不可能提前對所有災害發生的時間、位置、周期等作出準確無誤的預報。在地災隱患區域內部署北斗GNSS 地災監測終端系統等，結合地災監測預警系統平臺的智能分析處置能力，有助于實現地質災害監測實時快速預警，在災害發生前數分鐘、數小時甚至數天內發出預警信息。未來，隨著北斗與云計算、大數據、物聯網等技術的不斷發展，尤其是人工智能、元宇宙等顛覆性技術的突破，利用北斗融合新一代信息化技術的地質災害監測、預警將會更加精準有效，區域范圍內地質災害的精確預報與防治也將成為未來地災監測技術融合創新發展的重要方向。此外，隨著全國范圍內區域級、行業級地基增強站網系統的不斷建設完善以及地質災害監測產品的不斷迭代升級，北斗地質災害監測終端設備、軟件必將進一步降低成本，實現更普遍、更大范圍的應用部署，形成區域級、行業級地質災害監測應用體系，為我國地質災害監測、預警與防治提供更多的數據支撐。