北斗和GPS雙系統在災害監測中的應用

柳 枝，陳炳富，林國利，羅樹江

(廣州中海達定位技術有限公司，廣東廣州 511400)

中海達·開啟智時代

北斗和GPS雙系統在災害監測中的應用

柳 枝，陳炳富，林國利，羅樹江

(廣州中海達定位技術有限公司，廣東廣州 511400)

一、引 言

我國地質和地理環境復雜，氣候條件時空差異大，是世界上地質災害最嚴重的國家之一。我國地質災害主要包括崩塌、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、危害嚴重的特點。據國土資源部統計，崩塌、滑坡和泥石流的分布范圍占國土陸地面積的44.8%，地質災害對我國人民生命財產及國民經濟造成了極大的威脅。

衛星空間定位技術因其全天候、自動化、精度高等特點日益成為地殼形變、地質災害監測等領域的主要監測手段。隨著我國北斗衛星導航系統的建成，以及基礎地理信息數據庫的建立，可在危險區域范圍內逐步建立起基于北斗/GPS技術的地質災害監測預警系統，并將地質災害預警模型與GIS平臺相結合，實現地質災害信息的采集、傳輸、管理、分析、預報、決策、發布的一體化。系統建成后能有效提高地質災害的預警預報能力，為防災減災提供實時信息服務，為職能部門提供決策支持和信息發布服務。

二、北斗/GPS雙系統災害監測系統設計

1.北斗/GPS雙系統災害監測系統采集終端

北斗/GPS雙系統災害監測系統采集終端采用中海達VNet8專業型參考站接收機，它是中海達新產品VNet系列測量系統的一部分，也是專門針對參考站應用而設計的專業型參考站接收機。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測專用接收機，可以通過RS232接口或網線接口進行實時數據傳輸，同時借助于高性能的內置處理器，可以實現高達20 Hz的數據采樣率。

VNet8專業型參考站接收機是為我國北斗衛星定位系統量身制作，同時也支持所有GNSS信號接收，包括GPS和GLONASS衛星信號，目前尚在部署中的GPSL2C信號，以及未來的GPSL5和歐洲伽利略系統的信號。VNet8專業型參考站接收機配備有高達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基站解算主要負責對采集數據進行分析，存儲到數據庫服務器，以及將初步的分析結果通過Web瀏覽器顯示給相關人員。對于初步分析出的需要報警的數據，預警系統在進行多渠道預警的同時，將數據與后端預警平臺進行交互，并由預警系統進行報警。因此監測基站解算不僅承擔著龐大的數據存儲任務，還承擔著各種復雜的分析解算任務。

3.北斗/GPS雙系統災害監測預警系統設計

北斗/GPS雙系統災害監測預警系統由3部分組成：地質災害實時在線監測與預警服務系統、災情信息采集和應急指揮通信服務系統、地質災害信息綜合管理服務系統(預留對上級指揮決策系統的數據接口)。

北斗/GPS雙系統災害監測預警系統整體框架如圖1所示。

圖1 系統整體框架

1)災害實時在線監測預警：以GNSS監測手段為主獲取災害隱患點的水情、氣象、形變等監測數據信息，并對數據進行處理、分析，必要時進行預警信息的分級發布。

2)災情信息采集和應急指揮通信：以GNSS手持終端為主進行災害現場和救援情況的信息采集，通過GNSS車載終端等通信平臺，為災情評估、救援處置和應急指揮提供災情等基礎信息服務。

3)地質災害信息綜合管理：建立對各災害隱患點的監測預警信息和災害事故點的災情信息的大型數據綜合管理平臺，并預留對應急指揮決策系統的數據接口，保留為上級指揮決策部門提供信息參考服務的能力，必要時可提供各地質災害隱患點的水情、氣象、形變等歷史監測數據和地質災害事故點的位置、聲音、圖象、視頻等災情信息，為指揮決策部門提供信息參考。

三、應用實例效果分析

洛陽欒川鉬業集團選礦三公司楊樹洼尾礦庫在線安全監測項目采用了此系統，應用效果很好。

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、內部位移站點4個、GPS站點11個。

本系統首先通過災害監測系統采集終端和解算預警終端解決現場無人值守預警系統的基本保障問題；其次通過將監測現場監測點的數據實時傳輸至基準點北斗/GPS解算預警終端進行數據解算及分析，實現對現場監測實時分析預警；同時將超過預警值的情況通過多種遠程通信手段傳回遠程監控中心，從而為管理決策提供可靠的數據支持；最終通過決策支持系統對相關數據進行分析，判定其是否達到了危險變形，并作出相關的決策。解算效果如圖2所示，點位變形監測數據曲線如圖3所示。

本系統在楊樹洼尾礦庫已正常運行3年多，通過數據采集和數據分析，同時根據系統運行結果的展示，很好地實現了監測預警功能，說明北斗/GPS雙系統災害監測預警系統能很好地實現地質災害監測。

圖2 解算效果

圖3 點位變形監測數據曲線

四、結束語

基于北斗/GPS雙系統的災害監測預警系統相比傳統的監測方式具備多方面的特點：監測指標全面、絕對位置真實、系統穩定可靠、技術指標優越、預警預報及時、數據采集連續、遠程管理便捷、投資費用節約、硬件層次少、分析手段多、信息發布快、應用范圍廣，該監測系統的成功應用證明了此監測系統達到了國際先進水平，填補了國際北斗衛星技術在變形監測中應用的空白。

(本專欄由中海達和本刊編輯部共同主辦)