北斗和GPS双系统在灾害监测中的应用

柳 枝，陈炳富，林国利，罗树江

(广州中海达定位技术有限公司，广东广州 511400)

中海达·开启智时代

北斗和GPS双系统在灾害监测中的应用

柳 枝，陈炳富，林国利，罗树江

(广州中海达定位技术有限公司，广东广州 511400)

一、引 言

我国地质和地理环境复杂，气候条件时空差异大，是世界上地质灾害最严重的国家之一。我国地质灾害主要包括崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、沉降、地裂缝等，具有分布广泛、活动频繁、危害严重的特点。据国土资源部统计，崩塌、滑坡和泥石流的分布范围占国土陆地面积的44.8%，地质灾害对我国人民生命财产及国民经济造成了极大的威胁。

卫星空间定位技术因其全天候、自动化、精度高等特点日益成为地壳形变、地质灾害监测等领域的主要监测手段。随着我国北斗卫星导航系统的建成，以及基础地理信息数据库的建立，可在危险区域范围内逐步建立起基于北斗/GPS技术的地质灾害监测预警系统，并将地质灾害预警模型与GIS平台相结合，实现地质灾害信息的采集、传输、管理、分析、预报、决策、发布的一体化。系统建成后能有效提高地质灾害的预警预报能力，为防灾减灾提供实时信息服务，为职能部门提供决策支持和信息发布服务。

二、北斗/GPS双系统灾害监测系统设计

1.北斗/GPS双系统灾害监测系统采集终端

北斗/GPS双系统灾害监测系统采集终端采用中海达VNet8专业型参考站接收机，它是中海达新产品VNet系列测量系统的一部分，也是专门针对参考站应用而设计的专业型参考站接收机。它基于192通道Nebulas芯片，支持北斗B1/B2＋GPS L1/ L2，是目前市场支持高精度北斗的双星监测专用接收机，可以通过RS232接口或网线接口进行实时数据传输，同时借助于高性能的内置处理器，可以实现高达20 Hz的数据采样率。

VNet8专业型参考站接收机是为我国北斗卫星定位系统量身制作，同时也支持所有GNSS信号接收，包括GPS和GLONASS卫星信号，目前尚在部署中的GPSL2C信号，以及未来的GPSL5和欧洲伽利略系统的信号。VNet8专业型参考站接收机配备有高达192个并行接收通道，可以最大限度地跟踪和观测所有可见GNSS卫星信号，从而提高测量精度和实时RTK测量的性能。

2.北斗/GPS基站解算

北斗/GPS基站解算主要负责对采集数据进行分析，存储到数据库服务器，以及将初步的分析结果通过Web浏览器显示给相关人员。对于初步分析出的需要报警的数据，预警系统在进行多渠道预警的同时，将数据与后端预警平台进行交互，并由预警系统进行报警。因此监测基站解算不仅承担着庞大的数据存储任务，还承担着各种复杂的分析解算任务。

3.北斗/GPS双系统灾害监测预警系统设计

北斗/GPS双系统灾害监测预警系统由3部分组成：地质灾害实时在线监测与预警服务系统、灾情信息采集和应急指挥通信服务系统、地质灾害信息综合管理服务系统(预留对上级指挥决策系统的数据接口)。

北斗/GPS双系统灾害监测预警系统整体框架如图1所示。

图1 系统整体框架

1)灾害实时在线监测预警：以GNSS监测手段为主获取灾害隐患点的水情、气象、形变等监测数据信息，并对数据进行处理、分析，必要时进行预警信息的分级发布。

2)灾情信息采集和应急指挥通信：以GNSS手持终端为主进行灾害现场和救援情况的信息采集，通过GNSS车载终端等通信平台，为灾情评估、救援处置和应急指挥提供灾情等基础信息服务。

3)地质灾害信息综合管理：建立对各灾害隐患点的监测预警信息和灾害事故点的灾情信息的大型数据综合管理平台，并预留对应急指挥决策系统的数据接口，保留为上级指挥决策部门提供信息参考服务的能力，必要时可提供各地质灾害隐患点的水情、气象、形变等历史监测数据和地质灾害事故点的位置、声音、图象、视频等灾情信息，为指挥决策部门提供信息参考。

三、应用实例效果分析

洛阳栾川钼业集团选矿三公司杨树洼尾矿库在线安全监测项目采用了此系统，应用效果很好。

杨树洼尾矿库位于栾川县西北约21 km，属于山谷型尾矿库，坝底高程1073 m，坝顶高程1116.5 m，目前共建有干滩站点6个、库水位站点1个、浸润线站点27个、内部位移站点4个、GPS站点11个。

本系统首先通过灾害监测系统采集终端和解算预警终端解决现场无人值守预警系统的基本保障问题；其次通过将监测现场监测点的数据实时传输至基准点北斗/GPS解算预警终端进行数据解算及分析，实现对现场监测实时分析预警；同时将超过预警值的情况通过多种远程通信手段传回远程监控中心，从而为管理决策提供可靠的数据支持；最终通过决策支持系统对相关数据进行分析，判定其是否达到了危险变形，并作出相关的决策。解算效果如图2所示，点位变形监测数据曲线如图3所示。

本系统在杨树洼尾矿库已正常运行3年多，通过数据采集和数据分析，同时根据系统运行结果的展示，很好地实现了监测预警功能，说明北斗/GPS双系统灾害监测预警系统能很好地实现地质灾害监测。

图2 解算效果

图3 点位变形监测数据曲线

四、结束语

基于北斗/GPS双系统的灾害监测预警系统相比传统的监测方式具备多方面的特点：监测指标全面、绝对位置真实、系统稳定可靠、技术指标优越、预警预报及时、数据采集连续、远程管理便捷、投资费用节约、硬件层次少、分析手段多、信息发布快、应用范围广，该监测系统的成功应用证明了此监测系统达到了国际先进水平，填补了国际北斗卫星技术在变形监测中应用的空白。

(本专栏由中海达和本刊编辑部共同主办)