基于北斗衛星的三維變形監測系統研發

羅剛 賈普仁 秦潔浩 梁豪鵬 王粵渝（羅剛 賈普仁 秦潔浩 梁豪鵬 王粵渝

◆摘? 要：我國西南地區山體眾多，道路兩旁高危邊坡對交通、生命財產安全帶來極大隱患，本文介紹了基于北斗加基站的邊坡位移實時監測系統，具有且實時性好，提前預警的效果，可廣泛應用于對高危邊坡的監測。

◆關鍵詞：高危邊坡;北斗衛星

根據自然資源部發布的地質災害災情數據統計，近3年，全國地質災害平均每年5423起，滑坡事故占比50%以上，給人民群眾生命安全和財產帶來極大的隱患。特別是我國西南地區，最基本的地形地貌特征是山體眾多，山勢陡峻，土壤結構疏松，易積水，極容易形成山體滑坡。據交通運輸部統計，2018年底，四川和重慶高速公路總里程合計9916公里，鐵路營業里程合計7203公里。大部分的公路和鐵路兩邊山體形成邊坡都需要進行實時監測，可以推算，高危邊坡監測系統應用前景十分廣闊。論文針對高危邊坡，使用北斗衛星加基站方式對邊坡位移進行實時監測，數據傳輸出至后臺經過大數據分析，結合地質情況，提前進行邊坡滑坡預警，防患于未然。

近年來，北斗系統及其相關產業在國家的大力支持下得到了迅猛的發展，北斗系統相關設備本體的電子技術得到了長足發展，成本得以降低、可靠性逐步提升。同時，其在各行各業的應用示范也越來越多，越來越成熟，面向地質災害三維變形監測的應用是其主要應用領域之一，許多原來基于GPS實現定位監控的廠商開始并行多個定位系統，但是整體系統成本一直無法大幅度降低，導致這一先進的監控系統只能應用于數量較少而投入巨大的監控項目中，例如重大地質災害點監控、特大橋梁監控、大壩變形監控、大型尾礦庫監控等等。這就使得量大面廣而單點投入低的公路監控環境難以有效推廣這一三維變形監控技術。

1北斗變形監測系統架構

論文設計的基于北斗變形監測系統是針對公路邊坡變形監測的需求，適用于公路邊坡遠程監測的三維絕對變形情況遠距離數據采集、傳輸系統。它的功能模塊有三個部分：基于北斗衛星定位系統的地表變形數據感知設備、基于多通信制式的3G/4G自適應無線數據傳輸平臺、基于北斗衛星變形感知數據的分析與展示平臺。

系統包括邊坡現場設備和服務器云平臺。設備部分包括北斗衛星定位感知設備、北斗衛星信號接收天線、4G/5G自適應數據通信平臺等主要硬件。

2網絡電路設計方案

網絡電路主要用于北斗地表變形數據監測設備與4G/5G自適應無線傳輸平臺數據連接交互的作用，實現4G/5G自適應無線傳輸平臺通過以太網通信控制底層設備包括北斗定位感知模塊的工作。

以太網電路組成主要包括STM32F429核心以太網外設、LAN8720A芯片及RJ45等外圍電路。

3地表變形數據感知設備集成與開發

北斗地表變形數據監測設備包含有北斗衛星定位數據感知模塊和與數據感知模塊軟硬件接口匹配的硬件系統。其功能主要包括負責現場多個北斗衛星定位數據感知模塊的電源管理、數據并行采集等。

北斗地表變形數據監測設備包含北斗感知模塊、主控芯片最小工作系統、以太網電路三個子模塊，本研究內容圍繞上述設備硬件組成部分的市場調研、選型對比，再結合RS232/485總線系統、以太網TCP/IP軟件系統相關內容，展開對地表變形數據感知設備的集成開發工作。

4實驗結果

現場由北斗和基站設備構成，基站設備的安裝主要分太陽能供電設備組裝、基站固定與安裝兩步。在監測點上要求監測節點按照特定時間長度返回監測數據，時間長度為每天上傳一次，將節點監測設備采集到的邊坡數據記錄。

根據記錄數據顯示的時間來看，本系統的功能正常，且實時性好，實時性幾乎在10內。

5總結

作為全球性三大地質災害之的邊坡，失穩塌滑嚴重危害國家財產和人民的生命安全。隨著我國基礎建設的大力發展，在交通、礦山、水利、建筑等各個建設領域出現大量的邊坡工程，不可避免引發一系列由邊坡所產生的問題。本系統利用北斗加基站模式設計，通過實地試驗，證明了該系統的有效性。

參考文獻

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