北斗地基增強系統在地質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作為基準服務，選擇有代表性的典型滑坡和地面沉降區作為示范區，建立滑坡和地面沉降實時監測系統，提高對重點地區地質災害的監測效率和預警能力，使得地質災害監測預警更加實時和高效。

關鍵詞：北斗衛星導航系統；地基增強系統；地質災害預警

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、地質類型豐富，境內包含有滑坡、泥石流、地面沉降等眾多地質災害類型地區，每年因地質災害所造成的人員傷亡和經濟損失十分巨大。北斗衛星導航系統（BDS）是我國自主研發的全球衛星導航系統，面向我國及周邊區域提供導航、定位服務，常規的民用北斗系統定位可以達到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，在北斗衛星導航系統的基礎上，可以建立連續運行接收北斗衛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（Beidou Ground-based Augmentation System，BD-GBAS），為覆蓋區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相關資源開展地質災害監測及預警，對典型地質災害地區進行研究，建立起基于BD-GBAS的地質災害監測預警示范系統，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、網絡技術等，選擇典型滑坡體，建立監測網，獲取監測網的高精度監測數據，結合北斗地基增強系統基準站實現滑坡體的實時動態監測和定期監測。

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

③根據滑坡體的監測數據，分析滑坡體的穩定性，建立滑坡體的監測預警管理系統，從而實現監測信息采集、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為基準網，作為地質災害監測統一的空間基準，在此基礎上布設滑坡體監測網，同時以現有的傳輸系統為基礎，把監測點的監測信息實時傳送到數據處理中心，通過與基準站網進行實時解算處理，從而獲得監測點的實時變形信息，同時進行周期性高精度GNSS靜態解算，獲得高精度的基線處理數據，并進行可視化表達，通過滑坡變形模型來確定滑坡的穩定性。

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，根據滑坡體的特點，布設合適的監測網，一般由基準點和監測點組成。二是利用現有地面網絡通信條件或者北斗通信能力，組建監測網的數據網絡，并將外業監測數據傳送至BD-GBAS的數據處理中心。三是將監測網的監測數據與BD-GBAS的基準站數據進行整網平差處理，獲得監測網的精確坐標，從而獲得監測網的高精度周期性監測結果。同時，利用BD-GBAS提供的高精度定位技術，實現對監測點的實時動態監測。四是針對特定的滑坡體，根據其滑坡變形規律，利用實時的滑坡體監測數據分析滑坡體的穩定性，建立滑坡體的監測預警管理系統，從而實現監測信息采集、傳輸、預警、管理、分析和決策一體化。五是建立滑坡體監測數據發布系統，系統采用B/S模式，通過Web服務器將監測信息發布到網上，實現通過網上Web瀏覽器查詢各監測點測值、監測基本情況、統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

根據北斗衛星導航系統由GEO、IGSO、MEO這3種星座組成的特點，分析不同衛星星座信號質量、觀測數據的精度和穩定性以及衛星幾何圖形結構等，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等幾種衛星星座組成，北斗衛星定位系統發布之前，主要依靠GPS衛星進行定位解算，一旦GPS衛星服務關閉，只能依靠北斗衛星，因此應開展不同數據條件下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種模式下的數據解算精度可靠性能否滿足災害體的實時監測。

3.3 北斗高精度實時定位數據處理和誤差建模方法

基準站網的快速模糊度確定是獲取高精度誤差改正數的前提。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 系統創新點

4.1 實現地質災害監測空間基準的統一

北斗地基增強系統是一個動態的、連續的空間框架基準，同時也是快速、高精度獲取空間數據和地理特征的重要基礎設施，可在全省區域內向大量用戶同時提供高精度、高可靠性、實時的定位信息，并實現測繪數據的完整統一。因此，與地基增強系統結合不僅實現了不同地質災害監測網監測空間基準的統一，解決了單體災害監測基準不穩定問題，而且可以實現對滑坡體的全自動、全天候、實時高精度空間和時間的監測。

4.2 提出基于BD-GBAS的地質災害監測方法

北斗地基增強系統（BD-GBAS）利用北斗系統、網絡技術、移動GIS技術等技術手段，在全省范圍內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基準站聯測及監測點布設，能夠快速實現災害監測網的部署，從而建立基于BD-GBAS的災害監測系統。

4.3 地面網絡通信與北斗通信相結合確保數據傳送的可靠性

北斗系統不僅能夠實現全球范圍內全天候、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，與地面網絡通信相結合能夠確保極端條件下地質災害監測數據的傳送可靠性。

5 結語

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

參考文獻：

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