基于北斗衛(wèi)星的地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究與應(yīng)用

梁壽勝

廣東省國(guó)土資源測(cè)繪院 廣東 廣州 510599

1 監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理

北斗衛(wèi)星應(yīng)用在地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中時(shí)，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)包含了北斗高精度定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用，這些技術(shù)使得監(jiān)測(cè)系統(tǒng)兼具多方面的優(yōu)勢(shì)，能夠滿足全天候、動(dòng)態(tài)化的監(jiān)測(cè)目標(biāo)，可對(duì)所采集到的地質(zhì)災(zāi)害信息開(kāi)展存儲(chǔ)、分類、提取與統(tǒng)計(jì)，結(jié)合分析結(jié)果來(lái)識(shí)別出地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生可能性、影響程度[1]。

北斗衛(wèi)星的地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，需始終堅(jiān)持適用性、可靠性、先進(jìn)性的要求，加強(qiáng)對(duì)被監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)特殊地質(zhì)條件、地形情況的分析，系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)上，應(yīng)以通用化、系列化、模塊化的思想來(lái)指導(dǎo)建設(shè)，做好細(xì)節(jié)優(yōu)化，使得該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可穩(wěn)定、可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，降低故障概率。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)除了要使用先進(jìn)的技術(shù)，還需配備現(xiàn)代化的設(shè)備和設(shè)施。

北斗衛(wèi)星系統(tǒng)支持下的地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，每個(gè)北斗基準(zhǔn)站與監(jiān)測(cè)站之間要建立聯(lián)系，接收北斗定位信號(hào)，在接收到該信息以后，就可將數(shù)據(jù)和信息全面存儲(chǔ)起來(lái)，在光纖和無(wú)線通信條件下，這些數(shù)據(jù)可及時(shí)被上傳到監(jiān)控中心。而布設(shè)在監(jiān)控中心的高精度北斗地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)處理中心軟件，可根據(jù)需求對(duì)這些數(shù)據(jù)開(kāi)展專業(yè)化處理，處理過(guò)程包含了解算和分析過(guò)程，所得到的數(shù)據(jù)處理結(jié)果，可用于地質(zhì)災(zāi)害的分析和預(yù)警[2]。

1.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)架

北斗衛(wèi)星地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，主要包含了監(jiān)測(cè)站系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和控制子系統(tǒng)、輔助設(shè)備，這些不同的構(gòu)成部分，可在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，保持不同子系統(tǒng)之間的高度配合，進(jìn)而來(lái)完成被監(jiān)測(cè)區(qū)域的監(jiān)測(cè)任務(wù)。首先，監(jiān)測(cè)站系統(tǒng)內(nèi)包含布置在可能存在地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)域的監(jiān)測(cè)站和監(jiān)測(cè)站附近的基準(zhǔn)站；其次，數(shù)據(jù)輸出子系統(tǒng)中，不論是基準(zhǔn)站還是監(jiān)測(cè)站，都采用的是無(wú)線傳輸方式；第三，數(shù)據(jù)處理和控制子系統(tǒng)中，包含有網(wǎng)絡(luò)安全、服務(wù)器和軟件；最后，輔助設(shè)備內(nèi)包含的設(shè)備種類繁多，主要有外場(chǎng)機(jī)箱、供電和不間斷電源、防雷設(shè)施。監(jiān)測(cè)網(wǎng)中的每個(gè)北斗接收機(jī)所輸出的原始數(shù)據(jù)，包含有北斗解算的載波相位數(shù)據(jù)、星歷數(shù)據(jù)，控制中心以每臺(tái)北斗接收機(jī)所對(duì)應(yīng)的IP地址、端口號(hào)作為基準(zhǔn)，也就可在監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，獲得關(guān)于每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的原始實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流。

2 子站系統(tǒng)設(shè)計(jì)

子站控制中心中包含有多臺(tái)計(jì)算機(jī)，且存在有軟件、通信設(shè)備、寬帶網(wǎng)、局域網(wǎng)的配備，在系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，控制中心可以對(duì)每個(gè)信號(hào)通道的參數(shù)都加以科學(xué)設(shè)定，主要包含通道開(kāi)/關(guān)選擇、時(shí)間信息，并依據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體運(yùn)行要求，選定最為恰當(dāng)?shù)墓ぷ鞣绞?、?shù)據(jù)采集方式。

2.1 子站系統(tǒng)架構(gòu)

北斗衛(wèi)星的地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)子站設(shè)計(jì)中，為保障子站系統(tǒng)可在監(jiān)測(cè)工作中發(fā)揮其應(yīng)有的作用，就需要進(jìn)行子站系統(tǒng)架構(gòu)的科學(xué)選擇，比如，可采用Pisa服務(wù)框架調(diào)用API接口獲取點(diǎn)位信息的DGPS數(shù)據(jù)架構(gòu)。

2.2 硬件平臺(tái)

控制中心內(nèi)配備了各種的設(shè)備設(shè)施，這些設(shè)備設(shè)施對(duì)于運(yùn)行環(huán)境有著極高的要求，在開(kāi)展設(shè)計(jì)工作時(shí)，需做好防潮、防塵和降溫處理，在條件允許的情況下，需將萬(wàn)維網(wǎng)絡(luò)接入其中，以達(dá)到遠(yuǎn)程連接和控制的目標(biāo)。此外，為保障硬件平臺(tái)的功能實(shí)現(xiàn)，在中心應(yīng)進(jìn)行專用機(jī)柜、服務(wù)器電腦、顯示設(shè)備的科學(xué)配置，但需保障所配備的這些設(shè)備均可以符合有關(guān)規(guī)定，保障規(guī)格型號(hào)的科學(xué)性、功能的完整性。監(jiān)控中心的布局要合理，所配備的設(shè)備應(yīng)規(guī)整，相關(guān)人員需根據(jù)整體的要求，安排專人復(fù)雜對(duì)運(yùn)行環(huán)境加以管理，保障環(huán)境溫度、濕度等參數(shù)都可以符合設(shè)備運(yùn)行條件。一般情況下，對(duì)于監(jiān)控中心而言，監(jiān)控中心環(huán)境溫度應(yīng)保持在20～30℃之間，濕度不應(yīng)超過(guò)85%。

2.3 軟件部署

2.3.1 氣象廣域監(jiān)測(cè)模塊。根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生特點(diǎn)，我國(guó)的很多地質(zhì)災(zāi)害都是由氣象因素所導(dǎo)致，比如，在強(qiáng)降雨天氣下，極易發(fā)生滑坡、泥石流，因此，北斗衛(wèi)星支持下的地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在軟件部署方面，需建立氣象廣域監(jiān)測(cè)模塊，相關(guān)人員可在地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)過(guò)程中，開(kāi)展降雨監(jiān)測(cè)結(jié)果查詢、地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警結(jié)果查詢、預(yù)警報(bào)告下載，在天氣情況掌握的基礎(chǔ)上，也就可對(duì)區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害加以有效分析、識(shí)別和預(yù)警，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可每天兩次對(duì)未來(lái)24h和72h的地質(zhì)災(zāi)害開(kāi)展報(bào)告發(fā)布。

2.3.2 GNSS單體監(jiān)測(cè)模塊。北斗衛(wèi)星地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件部署方面，GNSS單體監(jiān)測(cè)模塊也是重點(diǎn)的構(gòu)成部分，根據(jù)該模塊的功能，可在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)和預(yù)警的過(guò)程中，兼具導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)單體監(jiān)測(cè)結(jié)果查詢、預(yù)警報(bào)告下載、預(yù)警信息展示的多重功能[3]。在該模塊的監(jiān)測(cè)功能發(fā)揮時(shí)，需利用GNSS和地基增強(qiáng)網(wǎng)，來(lái)完成對(duì)被監(jiān)測(cè)區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害GNSS單體監(jiān)測(cè)，此技術(shù)支持下的監(jiān)測(cè)精度非常高，基本可達(dá)到mm級(jí)。在監(jiān)測(cè)工作的進(jìn)行中，可根據(jù)相應(yīng)的劃分標(biāo)準(zhǔn)，比如，可以監(jiān)測(cè)區(qū)域、監(jiān)測(cè)時(shí)間，由系統(tǒng)自動(dòng)完成對(duì)GNSS單體監(jiān)測(cè)結(jié)果的查詢和顯示。

2.3.3 數(shù)據(jù)管理模塊。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和災(zāi)害預(yù)警中，需根據(jù)有關(guān)的數(shù)據(jù)處理結(jié)果，來(lái)保障決策的科學(xué)性，因此，在軟件布設(shè)環(huán)節(jié)，也需根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的全面優(yōu)化，確保在系統(tǒng)實(shí)施地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)，一切的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和處理都更為便捷且高效。數(shù)據(jù)管理模塊中應(yīng)包含隱患點(diǎn)數(shù)據(jù)粗粒、邊坡穩(wěn)定性分析報(bào)告管理、每日預(yù)警報(bào)告管理方面的內(nèi)容，以通過(guò)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)和預(yù)防中的各種數(shù)據(jù)采集、處理和分析，來(lái)提高預(yù)警結(jié)果的可靠性。在現(xiàn)代化技術(shù)支持下，數(shù)據(jù)管理模塊中的數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用，可使得系統(tǒng)在監(jiān)測(cè)工作的開(kāi)展中，能夠?qū)⑴c地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息實(shí)施二維或者三維的疊加展示、瀏覽、查詢與管理。

2.3.4 信息報(bào)送模塊。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建雖可滿足全天候、全方位的監(jiān)測(cè)，但為實(shí)現(xiàn)對(duì)各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和信息的利用，就需要在監(jiān)測(cè)的過(guò)程中保障信息報(bào)送的及時(shí)性，這就要求在軟件部署方面，需根據(jù)信息傳輸要求，科學(xué)進(jìn)行信息報(bào)送模塊的設(shè)置，該模塊可具備災(zāi)情上報(bào)、附件上傳和下載、災(zāi)害審批等功能，使得在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的災(zāi)害監(jiān)測(cè)中，有關(guān)人員可利用這一模塊與其他模塊的配合，來(lái)獲得可靠的監(jiān)測(cè)結(jié)果。

3 結(jié)束語(yǔ)

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生具有突發(fā)性，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，一些地質(zhì)災(zāi)害可在現(xiàn)代化技術(shù)的支持下實(shí)現(xiàn)科學(xué)預(yù)警，經(jīng)由北斗衛(wèi)星技術(shù)所形成的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)警中發(fā)揮有效的作用，減小災(zāi)害損失，未來(lái)需加大對(duì)北斗衛(wèi)星地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)優(yōu)化方面的研究。