北斗和GPS雙系統(tǒng)在災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

柳 枝，陳炳富，林國(guó)利，羅樹(shù)江

(廣州中海達(dá)定位技術(shù)有限公司，廣東廣州 511400)

中海達(dá)·開(kāi)啟智時(shí)代

北斗和GPS雙系統(tǒng)在災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

柳 枝，陳炳富，林國(guó)利，羅樹(shù)江

(廣州中海達(dá)定位技術(shù)有限公司，廣東廣州 511400)

一、引 言

我國(guó)地質(zhì)和地理環(huán)境復(fù)雜，氣候條件時(shí)空差異大，是世界上地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一。我國(guó)地質(zhì)災(zāi)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(dòng)頻繁、危害嚴(yán)重的特點(diǎn)。據(jù)國(guó)土資源部統(tǒng)計(jì)，崩塌、滑坡和泥石流的分布范圍占國(guó)土陸地面積的44.8%，地質(zhì)災(zāi)害對(duì)我國(guó)人民生命財(cái)產(chǎn)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成了極大的威脅。

衛(wèi)星空間定位技術(shù)因其全天候、自動(dòng)化、精度高等特點(diǎn)日益成為地殼形變、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的主要監(jiān)測(cè)手段。隨著我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建成，以及基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，可在危險(xiǎn)區(qū)域范圍內(nèi)逐步建立起基于北斗/GPS技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，并將地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警模型與GIS平臺(tái)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害信息的采集、傳輸、管理、分析、預(yù)報(bào)、決策、發(fā)布的一體化。系統(tǒng)建成后能有效提高地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警預(yù)報(bào)能力，為防災(zāi)減災(zāi)提供實(shí)時(shí)信息服務(wù)，為職能部門(mén)提供決策支持和信息發(fā)布服務(wù)。

二、北斗/GPS雙系統(tǒng)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.北斗/GPS雙系統(tǒng)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集終端

北斗/GPS雙系統(tǒng)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集終端采用中海達(dá)VNet8專(zhuān)業(yè)型參考站接收機(jī)，它是中海達(dá)新產(chǎn)品VNet系列測(cè)量系統(tǒng)的一部分，也是專(zhuān)門(mén)針對(duì)參考站應(yīng)用而設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)型參考站接收機(jī)。它基于192通道Nebulas芯片，支持北斗B1/B2＋GPS L1/ L2，是目前市場(chǎng)支持高精度北斗的雙星監(jiān)測(cè)專(zhuān)用接收機(jī)，可以通過(guò)RS232接口或網(wǎng)線(xiàn)接口進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)借助于高性能的內(nèi)置處理器，可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)20 Hz的數(shù)據(jù)采樣率。

VNet8專(zhuān)業(yè)型參考站接收機(jī)是為我國(guó)北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)量身制作，同時(shí)也支持所有GNSS信號(hào)接收，包括GPS和GLONASS衛(wèi)星信號(hào)，目前尚在部署中的GPSL2C信號(hào)，以及未來(lái)的GPSL5和歐洲伽利略系統(tǒng)的信號(hào)。VNet8專(zhuān)業(yè)型參考站接收機(jī)配備有高達(dá)192個(gè)并行接收通道，可以最大限度地跟蹤和觀測(cè)所有可見(jiàn)GNSS衛(wèi)星信號(hào)，從而提高測(cè)量精度和實(shí)時(shí)RTK測(cè)量的性能。

2.北斗/GPS基站解算

北斗/GPS基站解算主要負(fù)責(zé)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，以及將初步的分析結(jié)果通過(guò)Web瀏覽器顯示給相關(guān)人員。對(duì)于初步分析出的需要報(bào)警的數(shù)據(jù)，預(yù)警系統(tǒng)在進(jìn)行多渠道預(yù)警的同時(shí)，將數(shù)據(jù)與后端預(yù)警平臺(tái)進(jìn)行交互，并由預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警。因此監(jiān)測(cè)基站解算不僅承擔(dān)著龐大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)任務(wù)，還承擔(dān)著各種復(fù)雜的分析解算任務(wù)。

3.北斗/GPS雙系統(tǒng)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

北斗/GPS雙系統(tǒng)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)由3部分組成：地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與預(yù)警服務(wù)系統(tǒng)、災(zāi)情信息采集和應(yīng)急指揮通信服務(wù)系統(tǒng)、地質(zhì)災(zāi)害信息綜合管理服務(wù)系統(tǒng)(預(yù)留對(duì)上級(jí)指揮決策系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口)。

北斗/GPS雙系統(tǒng)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)整體框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體框架

1)災(zāi)害實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)預(yù)警：以GNSS監(jiān)測(cè)手段為主獲取災(zāi)害隱患點(diǎn)的水情、氣象、形變等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，必要時(shí)進(jìn)行預(yù)警信息的分級(jí)發(fā)布。

2)災(zāi)情信息采集和應(yīng)急指揮通信：以GNSS手持終端為主進(jìn)行災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)和救援情況的信息采集，通過(guò)GNSS車(chē)載終端等通信平臺(tái)，為災(zāi)情評(píng)估、救援處置和應(yīng)急指揮提供災(zāi)情等基礎(chǔ)信息服務(wù)。

3)地質(zhì)災(zāi)害信息綜合管理：建立對(duì)各災(zāi)害隱患點(diǎn)的監(jiān)測(cè)預(yù)警信息和災(zāi)害事故點(diǎn)的災(zāi)情信息的大型數(shù)據(jù)綜合管理平臺(tái)，并預(yù)留對(duì)應(yīng)急指揮決策系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，保留為上級(jí)指揮決策部門(mén)提供信息參考服務(wù)的能力，必要時(shí)可提供各地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的水情、氣象、形變等歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和地質(zhì)災(zāi)害事故點(diǎn)的位置、聲音、圖象、視頻等災(zāi)情信息，為指揮決策部門(mén)提供信息參考。

三、應(yīng)用實(shí)例效果分析

洛陽(yáng)欒川鉬業(yè)集團(tuán)選礦三公司楊樹(shù)洼尾礦庫(kù)在線(xiàn)安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目采用了此系統(tǒng)，應(yīng)用效果很好。

楊樹(shù)洼尾礦庫(kù)位于欒川縣西北約21 km，屬于山谷型尾礦庫(kù)，壩底高程1073 m，壩頂高程1116.5 m，目前共建有干灘站點(diǎn)6個(gè)、庫(kù)水位站點(diǎn)1個(gè)、浸潤(rùn)線(xiàn)站點(diǎn)27個(gè)、內(nèi)部位移站點(diǎn)4個(gè)、GPS站點(diǎn)11個(gè)。

本系統(tǒng)首先通過(guò)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集終端和解算預(yù)警終端解決現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守預(yù)警系統(tǒng)的基本保障問(wèn)題；其次通過(guò)將監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至基準(zhǔn)點(diǎn)北斗/GPS解算預(yù)警終端進(jìn)行數(shù)據(jù)解算及分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)分析預(yù)警；同時(shí)將超過(guò)預(yù)警值的情況通過(guò)多種遠(yuǎn)程通信手段傳回遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，從而為管理決策提供可靠的數(shù)據(jù)支持；最終通過(guò)決策支持系統(tǒng)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判定其是否達(dá)到了危險(xiǎn)變形，并作出相關(guān)的決策。解算效果如圖2所示，點(diǎn)位變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線(xiàn)如圖3所示。

本系統(tǒng)在楊樹(shù)洼尾礦庫(kù)已正常運(yùn)行3年多，通過(guò)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析，同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果的展示，很好地實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)預(yù)警功能，說(shuō)明北斗/GPS雙系統(tǒng)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)能很好地實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)。

圖2 解算效果

圖3 點(diǎn)位變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線(xiàn)

四、結(jié)束語(yǔ)

基于北斗/GPS雙系統(tǒng)的災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方式具備多方面的特點(diǎn)：監(jiān)測(cè)指標(biāo)全面、絕對(duì)位置真實(shí)、系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、技術(shù)指標(biāo)優(yōu)越、預(yù)警預(yù)報(bào)及時(shí)、數(shù)據(jù)采集連續(xù)、遠(yuǎn)程管理便捷、投資費(fèi)用節(jié)約、硬件層次少、分析手段多、信息發(fā)布快、應(yīng)用范圍廣，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的成功應(yīng)用證明了此監(jiān)測(cè)系統(tǒng)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，填補(bǔ)了國(guó)際北斗衛(wèi)星技術(shù)在變形監(jiān)測(cè)中應(yīng)用的空白。

(本專(zhuān)欄由中海達(dá)和本刊編輯部共同主辦)