“北斗+廣播”技術，賦能地災防范

黃尚寧 范雁陽

地質災害是人類面臨的一種多因素破壞性災害。自然資源部要求，要提高地質災害監測預警技術裝備能力水平，最大限度地減少人民群眾生命財產損傷。

地處南方山地丘陵地區的廣西，今年的汛期來得比往年早，已出現了幾次持續強降雨天氣，又疊加疫情影響，地質災害防范壓力更大。如何加強地災隱患點的監測預警？“群測群防”還不夠，“科技防災”來加持。廣西壯族自治區自然資源廳（下簡稱“廣西自然資源廳”）聯合廣西廣播電視局、深圳思凱微電子有限公司、武漢大學等機構，成功研發了“北斗+廣播”邊坡高精度自動監測系統，以“北斗+廣播”的技術跨界融合方式，通過技術創新攻關賦能地災防范。試驗3 個月，效用初顯，業內看好。

“北斗+廣播”跨界融合創新數據傳輸方式

傳統的地災監測技術，通常采用衛星導航定位技術，在監測點周邊建立衛星導航定位基準站，通過移動通信信號向監測點發送定位修正信息，將地表變形的監測精度從米級提升至厘米或毫米級，再通過移動通信信號回傳監測信息，給后方的地質災害防治工作人員及監測員提供應急處置數據參考。“由于衛星導航定位基準站造價高昂、移動通信穩定性差且持續產生后續費用等局限性，給這類技術的推廣使用帶來了一定難度。”廣西自然資源廳副廳長黎修旦介紹道。

在廣西，傳統技術的短板愈發明顯。工作人員發現，單個衛星導航定位基準站建設成本在5 萬元以上，邊遠山區造價更高。若不單獨建站，而是使用現有各類衛星導航定位基準站網提供的定位增強服務，由于地災監測點數量巨大，其同時容納的高精度定位請求并發數量有限，難以滿足海量監測點的不間斷定位需求。

廣西地質災害隱患點多面廣，目前自治區登記在冊的隱患點達10474 處，其中易發區5634 個，涉及人口約143 萬人，威脅人民群眾財產安全約120 億元。2019 年發生滑坡、崩塌等地災386 起，造成人員傷亡27 人，直接經濟損失13245.86 萬元。既然傳統技術有缺陷，那么如何創新？出路在哪？

廣西自然資源廳國土測繪處處長王龍波介紹說：“廣西有測繪技術的優勢，早在2018 年底，我們就建成了北斗高精度基準站網。我們想，能不能把北斗高精度基準站網運用到地災監測中？這就需要在現有資源和技術基礎上進行再挖掘、再創新。”為推進監測預警技術創新，今年1 月，該廳組織相關單位開展了“北斗+廣播”監測預警技術研究，利用共生數字調頻廣播信號技術和北斗衛星導航高精度定位技術相結合，在定位信息廣域覆蓋基礎上，融合武漢大學GNSS核心解析算法和MEMS 四維監測系統的技術體系，實現地質災害監測預警功能。

● 邊坡易滑動體及受災區域示意圖

據了解，廣西于2018 年底建成了覆蓋全自治區的北斗高精度基準站網，其包含1 個數據中心和110 座平均布設的北斗高精度基準站。利用現有的北斗高精度基準站網提供定位服務，無需重新在監測點周邊建設北斗導航定位基準站，既可以實現毫米級的定位精度，又可以省去獨立建設基準站的費用，可謂一舉兩得！

有了廣西北斗高精度基準站網提供定位服務，那么接下來還要解決定位信號的播發問題。傳統的導航定位基準站網以測繪定位服務為設計初衷，其系統平臺能夠同時容納的高精度導航定位服務數量有限。按傳統模式，當海量監測點24 小時不間斷地向北斗高精度基準站網系統平臺發送定位信息時，信號“堵車”可能導致系統平臺崩潰，定位信號數據的穩定性和傳輸的實時性難以保障。這就好像一條原本設計為雙向四車道“縣道”的公路，擁入了大量車流并24 小時不停運行，必將導致交通癱瘓。

為解決這一“堵點”，研發人員創新性地采用“廣播”技術播發定位信號，將以往“一對一”的移動網絡信號傳輸方式，利用“廣播”的特性提升為“一對多”傳輸，將“縣道”變成了“高速公路”，不僅完全滿足了海量監測設備的定位請求，大規模播發也不會造成信號堵塞，同時還解決了移動通信信號在偏遠地區不穩定的問題。

深圳思凱微電子有限公司總經理助理羅青介紹，利用我國自主創新的共生調頻數據廣播技術——CDRadio（數字和模擬信號同播技術），播發北斗衛星導航差分修正數據，具有成本低廉、覆蓋廣闊、信號強大、部署快捷和普遍適用的特點。

說干就干！今年1 月，在思凱微公司等多方支持下，廣西“北斗+廣播”監測系統在梧州市長洲區寶石園北側山坡開展試運行。目前，“監測系統試運行狀態良好，已經完成了前期各項試驗工作。”廣西自然資源廳總工程師周濤說，總結前期試驗成果，監測系統至少有三個優勢：一是利用了廣西北斗高精度基準站網資源，這是廣西多年積累的優勢；二是借助廣播廣域播發北斗信號，破解了播發難點、增強了監測穩定性；三是利用LPWAN 物聯網技術取代4G、5G 等傳統數據回傳手段，配合“廣播”播發技術，實現了穩定性高、后續成本近乎為零的信號傳輸技術閉環。

業內人士評價說，高精度、低成本、易維護、自動化，這套“北斗+廣播”邊坡高精度自動監測系統具有的特點，正是一套優秀的地災監測系統所應具備的品質。

系統設備經濟適用監測成本大幅降低

常規的地災監測，每個監測點需要建一個衛星導航定位基準站，大約5 萬元，同時每年還會產生1000 元左右的4G 網絡通信費。監測點越多，投入就越大。高昂的成本和持續的費用，是全面鋪開監測的“痛點”“難點”。

與傳統監測不同的是，經濟適用正是廣西“北斗+廣播”監測系統的一大亮點。無需建設基準站，沒有通信費等后續使用成本——如果這個系統在全自治區10474 個登記在冊的地災隱患點全面推廣應用，就能節省近5 億元的建設資金，后續每年還將節約通信費用約1000 萬元。同時，采用“廣播”技術播發定位信號，將直接節省監測點后續網絡服務費用，每個監測點每年可節省網絡費用約800 元，從而滿足地災隱患點的大規模應用需求。

以目前在梧州市長洲區寶石園北側山坡的滑坡隱患點試點為例，該邊坡共需安裝4 套監測設備，按傳統邊坡監測方案核算，一套監測設備成本約10.3 萬元。而采用“北斗+廣播”邊坡高精度自動監測系統的一體化設備，只需要約一半的費用。同時，根據這套系統研發的一體化監測設備，也價廉實用。

羅青介紹，“北斗+廣播”監測系統研制的一體化監測設備，通過采用邊緣計算技術和LPWAN 通信技術，能直接獲取并上傳精確位置坐標，自動化程度高，大幅減少移動通信網絡流量需求，可完全實現遠程監測、遠程數據下載與共享，便于預警信息發布。監測設備直接獲取的是監測點的三維坐標及其絕對或相對變化量，不存在變形范圍限制，較聲吶類、光波類、影像類、頻譜類監測手段優勢明顯。此外，該系統的一體化監測設備將全球導航衛星系統（GNSS）定位終端、通信終端、供電及診斷設備高度集成于單一柱體內部，易于安裝，能耗也低。

“T”字形的一體化監測設備結構簡單，北斗衛星接收機、基合接收機、無線通信設備和鋰電池集成于柱體內部，頂端有北斗衛星天線、無線通信天線、基合系統天線、太陽能板和避雷針等，集成度非常高。廣西自然資源信息中心主任楊如軍坦言 ：“過去我們在地災‘技防’上使用了一些不同廠家的產品，采用了不同的數據平臺，相互不共享，使用起來有‘硬傷’。新技術在傳輸方式上進行了創新，且數據集成度高，如果進一步試驗取得成功，完全可以考慮逐步推廣應用。”

推廣應用還有待進一步研發試驗

梧州市長洲區寶石園北側山坡的滑坡隱患點，是一個高60 米的陡峭邊坡，經周圍施工影響及常年降雨沖刷，坡面土質松軟，如遇強暴雨天氣，極易發生山體滑坡次生災害。2016 年，邊坡西側受降雨影響發生過一次滑坡，所幸未造成人員傷亡。此處一旦再次發生滑坡，將會沖擊到公路和對面的居民區，輕則導致交通阻塞，重則傷及行人或周邊居民。

地災監測系統的布設，很大程度上取決于現場地質條件和周邊環境。因此，廣西自然資源廳在該隱患點布設了4 臺GNSS 位移監測設備、1 臺自動化雨量站和1 套系統監測平臺（軟件）。系統的運行流程為：監測設備將采集的數據，通過LORA 無線通信技術回傳至梧州市自然資源局頂樓接收網關，然后通過有線寬帶網絡回傳至云端服務，為群測群防提供決策參考。

到目前為止，“北斗+廣播”監測系統已經對該隱患點實時監控了3 個月，整體運行良好，監測平面精度達到±6 毫米，高程精度達±10 毫米，符合預期標準。這期間，梧州市有過連續40 多天的綿綿陰雨天氣，對設備的供電能力提出了巨大考驗。在陰雨天氣下，太陽能板發揮不了作用，鋰電池最多撐20 天，如何更好地解決設備供電問題，還需要繼續推進研究。

日前廣西自然資源廳召開的“北斗+廣播”新技術監測地災有關工作研究會議透露，新技術的試驗和推廣應用，將會納入廣西地質災害防治三年行動計劃，繼續推廣研發和技術攻關，進一步擴大試驗范圍，以期實現全域內地災隱患點的實時監測。

多山地丘陵的廣西，96.65%的陸地面積屬于地質災害易發區。除了“北斗+廣播”監測系統的建設，廣西自然資源主管部門還積極推進超融合實景三維應用平臺、1∶5 萬遙感技術的運用，充分發揮廣西的技術優勢。

“群測群防仍是當前地質災害防治的最有效手段，但僅靠人的力量是防不過來的，監測預警一定要依靠科技力量。‘北斗+廣播’新技術的應用，正是體現了廣西從傳統‘人防’到‘人防+技防’的深刻轉變。”廣西自然資源廳廳長陳建軍表示，下一步該廳將加快地災監測預警普適性設備的推廣應用，盡最大努力提升對“隱患什么時候發生”的預警能力。

●“北斗+廣播”邊坡高精度自動監測系統在梧州市長洲區寶石園滑坡地災隱患點開展試運行 黃尚寧/攝