基于BDS結(jié)合星載合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)的部分地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)

摘 要：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）作為全球已建成的三大衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)之一，其應(yīng)用正向社會(huì)經(jīng)濟(jì)更深領(lǐng)域拓展，其手持終端設(shè)備也正在普通個(gè)人用戶(hù)中普及。本方案充分利用北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的快速準(zhǔn)確定位和短報(bào)文功能，將其與星載合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)（InSAR）、高分辨率遙感衛(wèi)星集成，通過(guò)地面綜合控制中心和用戶(hù)手持終端向?qū)I(yè)部門(mén)和普通用戶(hù)提供泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警信息。設(shè)計(jì)方案從原理、系統(tǒng)機(jī)制、子系統(tǒng)功能、應(yīng)用前景等方面對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析論證，認(rèn)為該系統(tǒng)建設(shè)具有可行性和廣闊的應(yīng)用前景，可進(jìn)一步拓展BDS的應(yīng)用領(lǐng)域，將在交通、水利、林業(yè)等部門(mén)以及野外考察、戶(hù)外運(yùn)動(dòng)等方面發(fā)揮重要作用。

關(guān)鍵詞：BDS 星載InSAR 地質(zhì)災(zāi)害 監(jiān)測(cè) 預(yù)警

中圖分類(lèi)號(hào)：P642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）05（c）-0036-01

1 背景及意義

我國(guó)山區(qū)面積占全國(guó)面積的2/3，泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害經(jīng)常發(fā)生，不僅對(duì)房屋等建筑物有強(qiáng)大破壞性，還對(duì)我國(guó)的交通系統(tǒng)和水利工程等有很大的危害，每年都對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)等造成了巨大損失和人員傷亡。目前常用的泥石流、滑坡的監(jiān)控手段主要采用靜態(tài)RTK進(jìn)行定點(diǎn)連續(xù)觀測(cè)或利用車(chē)載三維激光掃描儀進(jìn)行坡面掃描。上述方法具有費(fèi)用高、監(jiān)測(cè)范圍小和應(yīng)用面窄等缺點(diǎn)。如何利用北斗衛(wèi)星的定位、通信功能及應(yīng)用范圍廣、受眾多等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合精確、大范圍的地形監(jiān)測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)一套集成系統(tǒng)，為普通用戶(hù)和專(zhuān)業(yè)用戶(hù)實(shí)時(shí)提供實(shí)時(shí)泥石流和滑坡發(fā)生的危險(xiǎn)度，具有重要的實(shí)用價(jià)值。[1]本集成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)合了BDS（北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）及星載InSAR（合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)）對(duì)泥石流、滑坡等危險(xiǎn)點(diǎn)自動(dòng)進(jìn)行全天時(shí)、全天候和大范圍的監(jiān)測(cè)，當(dāng)用戶(hù)利用BDS系統(tǒng)可便捷查詢(xún)所在位置的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)等級(jí)，可大大節(jié)省專(zhuān)業(yè)部門(mén)的經(jīng)費(fèi)支出和實(shí)現(xiàn)地災(zāi)預(yù)警的大眾化應(yīng)用。

2 基于BDS結(jié)合星載合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)的泥石流災(zāi)害監(jiān)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 該系統(tǒng)的主要功能與應(yīng)用

該系統(tǒng)主要是充分結(jié)合和運(yùn)用了BDS、星載InSAR、高分辨率遙感衛(wèi)星三者的功能，使其功能優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，共同組成了本系統(tǒng)的關(guān)鍵核心技術(shù)部分。能夠?qū)崿F(xiàn)全天候、全天時(shí)、廣范圍的對(duì)泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)收集的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析得出災(zāi)害發(fā)生等級(jí)，并及時(shí)做出預(yù)警，向用戶(hù)和部門(mén)及時(shí)發(fā)送預(yù)警信息，提前防范災(zāi)害的發(fā)生，減少災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。

該系統(tǒng)的應(yīng)用如下：

針對(duì)戶(hù)外活動(dòng)的用戶(hù)：對(duì)參與野外探險(xiǎn)、野外勘探、旅游登山等人群，他們可以運(yùn)用手持用戶(hù)終端，實(shí)時(shí)地通過(guò)BDS向地面綜合控制中心發(fā)送服務(wù)請(qǐng)求，BDS獲取用戶(hù)所在的地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并發(fā)到地面綜合控制中心，地面綜合控制中心通過(guò)綜合星載InSAR發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)和高分辨率遙感衛(wèi)星發(fā)來(lái)的土壤墑情數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合分析得出用戶(hù)所在地的災(zāi)害發(fā)生潛在危險(xiǎn)等級(jí)，并通過(guò)BDS的短報(bào)文功能及時(shí)反饋給用戶(hù)[2]。同時(shí)還可以向用戶(hù)提供其所在地的氣象條件信息和坐標(biāo)數(shù)據(jù)等相關(guān)服務(wù)。

針對(duì)山區(qū)等固定居民用戶(hù)：地面綜合控制中心實(shí)時(shí)的把經(jīng)過(guò)綜合分析得出的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的潛在危險(xiǎn)等級(jí)，一旦發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)，及時(shí)通知當(dāng)?shù)氐南嚓P(guān)政府部門(mén)，以及時(shí)的采取災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)，并提前采取防護(hù)措施。

針對(duì)交通領(lǐng)域：通過(guò)運(yùn)用本系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)交通沿線山體情況，并及時(shí)把信息反饋給地面綜合控制中心，由地面綜合控制中心進(jìn)行調(diào)控，運(yùn)用BDS的短報(bào)文通訊功能，可以實(shí)時(shí)通知行駛中的車(chē)輛。這樣做的優(yōu)點(diǎn)一是大大減少了目前對(duì)泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)技術(shù)的成本，并且速度快、效率高、范圍廣；二是大大提高政府部門(mén)的工作效率，目前交通水利、林業(yè)、農(nóng)業(yè)等各部門(mén)各自為陣，浪費(fèi)大量公共資源。本系統(tǒng)通過(guò)建立一個(gè)大型的綜合地面控制中心系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)全國(guó)的鐵路、公路各部門(mén)共享一個(gè)系統(tǒng)，利用BDS的短報(bào)文功能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)查詢(xún)，大大節(jié)約公共支出。

還可用于礦山、水利工程等工程設(shè)施的防護(hù)，一旦發(fā)現(xiàn)潛在危險(xiǎn)，即發(fā)現(xiàn)山體的微小位移形變時(shí)，及時(shí)采取措施進(jìn)行預(yù)防。

2.2 該系統(tǒng)的實(shí)施流程如下

首先用戶(hù)用手持終端通過(guò)BDS向地面綜合控制中心發(fā)出服務(wù)請(qǐng)求，BDS把用戶(hù)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)給控制中心，星載InSAR獲取地質(zhì)災(zāi)害可能發(fā)生地的相關(guān)精確影像數(shù)據(jù)，高分辨率遙感衛(wèi)星為地面綜合控制中心提供地表土壤含水量圖像信息和相關(guān)氣象條件數(shù)據(jù)，再一并發(fā)給地面綜合控制中心并存儲(chǔ)到大型數(shù)據(jù)庫(kù)中；[3]

接著地面綜合控制中心進(jìn)行綜合分析得出泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性和發(fā)生后的等級(jí)水平，并把這些信息以短報(bào)文形式反饋BDS和相關(guān)政府部門(mén)；

然后BDS把收到的來(lái)自地面綜合控制中心發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)和坐標(biāo)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的發(fā)給用戶(hù)持有的用戶(hù)終端，用戶(hù)可根據(jù)收到的情報(bào)信息及時(shí)規(guī)避災(zāi)害或采取其他下一步行動(dòng)，相關(guān)部門(mén)再把收到的災(zāi)情預(yù)警情報(bào)發(fā)給周邊區(qū)域，并提前及時(shí)采取措施進(jìn)行應(yīng)急響應(yīng)。

2.3 該系統(tǒng)的應(yīng)用前景

隨著我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害防治工作的逐步步入法制化軌道，BDS結(jié)合星載合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)也將面臨著巨大的發(fā)展機(jī)遇。全國(guó)許多地方頒布實(shí)施了地質(zhì)災(zāi)害防治地方性法規(guī)，部分省級(jí)和市縣地質(zhì)災(zāi)害防治管理體系已經(jīng)建立，地質(zhì)災(zāi)害定期調(diào)查制度、防災(zāi)預(yù)案制度、災(zāi)害速報(bào)制度等正逐步形成。

常見(jiàn)的泥石流監(jiān)測(cè)方法雖然很多，但大部分卻需要人工的操作，且泥石流一般發(fā)生于邊遠(yuǎn)的山區(qū)地帶，不僅觀測(cè)麻煩，不能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)，且受天氣影響頗大。而B(niǎo)DS結(jié)合星載合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)不僅可以實(shí)時(shí)、自動(dòng)、精確地監(jiān)測(cè)泥石流，而且可以貫穿泥石流災(zāi)害的調(diào)查、監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)、評(píng)估的全過(guò)程。并可以對(duì)滑坡、崩崗等水土流失地質(zhì)災(zāi)害。所以BDS結(jié)合星載合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)定可成為地質(zhì)災(zāi)害的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和災(zāi)情損失評(píng)估中不可缺少的手段之一。

參考文獻(xiàn)

[1]邱中軍.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及其它衛(wèi)星系統(tǒng)簡(jiǎn)介[M].測(cè)繪工程，2012.

[2]劉國(guó)祥.InSAR基本原理[J].四川測(cè)繪，2004，27（4）.

[3]牛瑞，湯曉濤.國(guó)外InSAR發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[N].中國(guó)測(cè)繪報(bào)，2006.