北斗地基增强系统在地质灾害预警方面的应用研究

王军见 王金娜 高彦涛

摘 要：利用北斗地基增强系统作为基准服务，选择有代表性的典型滑坡和地面沉降区作为示范区，建立滑坡和地面沉降实时监测系统，提高对重点地区地质灾害的监测效率和预警能力，使得地质灾害监测预警更加实时和高效。

关键词：北斗卫星导航系统；地基增强系统；地质灾害预警

中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）02-0041-02

Application of Beidou Foundation Reinforcement System in

Earthquake Disaster Prediction

WANG Junjian WANG Jinna GAO Yantao

（Institute of Surveying Mapping and Geoinformation of Henan，Zhengzhou Henan 450007）

Abstract： Using the Beidou foundation enhancement system as the reference service， the typical typical landslide and the land subsidence area were selected as the demonstration area， and the real-time monitoring system of landslide and land subsidence was established to improve the monitoring efficiency and early warning ability of geological disasters in key areas， which makes that the monitoring and early warning of geological disasters becomes more real-time and efficient.

Keywords： Beidou navigation system；foundation reinforcement system；early warning of geological disasters

众所周知，我国幅员辽阔、地质类型丰富，境内包含有滑坡、泥石流、地面沉降等众多地质灾害类型地区，每年因地质灾害所造成的人员伤亡和经济损失十分巨大。北斗卫星导航系统（BDS）是我国自主研发的全球卫星导航系统，面向我国及周边区域提供导航、定位服务，常规的民用北斗系统定位可以达到1～10m定位精度。为满足用户对高精度导航与位置服务的需求，在北斗卫星导航系统的基础上，可以建立连续运行接收北斗卫星信号的地面参考站及北斗基准站控制中心，组成北斗地基增强系统（Beidou Ground-based Augmentation System，BD-GBAS），为覆盖区域范围的终端用户提供高精度北斗定位及导航服务[1]。

该项目利用北斗地基增强系统相关资源开展地质灾害监测及预警，对典型地质灾害地区进行研究，建立起基于BD-GBAS的地质灾害监测预警示范系统，并逐步向全国推广。

1 研究目的

①以BD-GBAS为基础平台，利用北斗/GNSS技术、网络技术等，选择典型滑坡体，建立监测网，获取监测网的高精度监测数据，结合北斗地基增强系统基准站实现滑坡体的实时动态监测和定期监测。

②基于北斗地基增强系统的滑坡体监测实施过程，针对滑坡体基站的设置、电力供应、数据传输及安全等关键技术展开研究，以期获得适合地质灾害预警监测的工作方法。

③根據滑坡体的监测数据，分析滑坡体的稳定性，建立滑坡体的监测预警管理系统，从而实现监测信息采集、传输、预警、管理、分析和决策一体化。

2 技术路线

该项目主要以北斗地基增强系统为基准网，作为地质灾害监测统一的空间基准，在此基础上布设滑坡体监测网，同时以现有的传输系统为基础，把监测点的监测信息实时传送到数据处理中心，通过与基准站网进行实时解算处理，从而获得监测点的实时变形信息，同时进行周期性高精度GNSS静态解算，获得高精度的基线处理数据，并进行可视化表达，通过滑坡变形模型来确定滑坡的稳定性。

具体来看，一是选择典型滑坡体，尽量选择有一定工作基础、各方面条件成熟的滑坡体，根据滑坡体的特点，布设合适的监测网，一般由基准点和监测点组成。二是利用现有地面网络通信条件或者北斗通信能力，组建监测网的数据网络，并将外业监测数据传送至BD-GBAS的数据处理中心。三是将监测网的监测数据与BD-GBAS的基准站数据进行整网平差处理，获得监测网的精确坐标，从而获得监测网的高精度周期性监测结果。同时，利用BD-GBAS提供的高精度定位技术，实现对监测点的实时动态监测。四是针对特定的滑坡体，根据其滑坡变形规律，利用实时的滑坡体监测数据分析滑坡体的稳定性，建立滑坡体的监测预警管理系统，从而实现监测信息采集、传输、预警、管理、分析和决策一体化。五是建立滑坡体监测数据发布系统，系统采用B/S模式，通过Web服务器将监测信息发布到网上，实现通过网上Web浏览器查询各监测点测值、监测基本情况、统计分析情况和预警信息。

3 关键技术

3.1 北斗实时高精度定位方案的确定

根据北斗卫星导航系统由GEO、IGSO、MEO这3种星座组成的特点，分析不同卫星星座信号质量、观测数据的精度和稳定性以及卫星几何图形结构等，研究不同的随机模型对定位精度的影响，提出一套适合灾害监测的北斗实时高精度定位方案。

3.2 北斗/GPS不同解算模式对比及精度分析

目前，GNSS主要由北斗、GPS、GLONASS等几种卫星星座组成，北斗卫星定位系统发布之前，主要依靠GPS卫星进行定位解算，一旦GPS卫星服务关闭，只能依靠北斗卫星，因此应开展不同数据条件下GNSS定位解算及精度分析。目前主要有3种解算方式：北斗单独解算、GPS单独解算、北斗/GPS共同解算。其中GPS单独解算模式已经比较成熟，通过对比分析探讨北斗单独解算和北斗/GPS共同解算2种模式下的数据解算精度可靠性能否满足灾害体的实时监测。

3.3 北斗高精度实时定位数据处理和误差建模方法

基准站网的快速模糊度确定是获取高精度误差改正数的前提。因此，本项目首先对北斗基准站观测值的各种误差特性进行分析研究，综合利用北斗三频的组合观测值、高精度已知的基准站坐标等多个条件，探索出快速、可靠的基准站网三频模糊度确定方法。采用的模糊度确定基本过程为首先选用波长较长、电离层延迟很小、观测噪声较小的组合观测值进行模糊度确定，然后选用波长适中、电离层延迟和观测噪声较小的组合观测值确定模糊度，并逐步计算得到各个载波的整周模糊度。

4 系统创新点

4.1 实现地质灾害监测空间基准的统一

北斗地基增强系统是一个动态的、连续的空间框架基准，同时也是快速、高精度获取空间数据和地理特征的重要基础设施，可在全省区域内向大量用户同时提供高精度、高可靠性、实时的定位信息，并實现测绘数据的完整统一。因此，与地基增强系统结合不仅实现了不同地质灾害监测网监测空间基准的统一，解决了单体灾害监测基准不稳定问题，而且可以实现对滑坡体的全自动、全天候、实时高精度空间和时间的监测。

4.2 提出基于BD-GBAS的地质灾害监测方法

北斗地基增强系统（BD-GBAS）利用北斗系统、网络技术、移动GIS技术等技术手段，在全省范围内提供不同精度要求的位置服务。因此，通过与北斗地基增强系统基准站联测及监测点布设，能够快速实现灾害监测网的部署，从而建立基于BD-GBAS的灾害监测系统。

4.3 地面网络通信与北斗通信相结合确保数据传送的可靠性

北斗系统不仅能够实现全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务，而且具有短报文通信能力。因此，与地面网络通信相结合能够确保极端条件下地质灾害监测数据的传送可靠性。

5 结语

本研究的目标是在传统的地质灾害监测系统基础上，利用北斗地基增强系统作为基准服务，选择有代表性的典型滑坡、崩塌和地面沉降区作为示范区，建立滑坡和地面沉降实时监测系统，提高对重点地区地质灾害的监测效率和预警能力，使得地质灾害监测预警更加实时和高效。

参考文献：

[1]张乙志，金锴，刘立，等.北斗地基增强系统网络RTK测试分析[J].全球地位系统，2016（6）：115-118.