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)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

一、建設(shè)統(tǒng)一的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中國(guó)的地質(zhì)和地理環(huán)境復(fù)雜，天氣條件高差很大。這是世界上最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。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),為職能部門提供決策支持和信息發(fā)布服務(wù)。二、針對(duì)北斗和gps系統(tǒng)的災(zāi)難探測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.bulas/gps可擴(kuò)充精度好北斗/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,也是專門針對(duì)參考站應(yīng)用而設(shè)計(jì)的專業(yè)型參考站接收機(jī)。它基于192通道Nebulas芯片,支持北斗B1/B2+GPSL1/L2,是目前市場(chǎng)支持高精度北斗的雙星監(jiān)測(cè)專用接收機(jī),可以通過(guò)RS232接口或網(wǎng)線接口進(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)20Hz的數(shù)據(jù)采樣率。VNet8專業(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.多層次預(yù)警,預(yù)警系統(tǒng)報(bào)警能力檢測(cè)方案北斗/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.預(yù)警信息框架北斗/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。1)災(zāi)害實(shí)時(shí)在線監(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,為指揮決策部門提供信息參考。三、解算過(guò)程及結(jié)果洛陽(yáng)欒川鉬業(yè)集團(tuán)選礦三公司楊樹洼尾礦庫(kù)在線安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目采用了此系統(tǒng),應(yīng)用效果很好。楊樹洼尾礦庫(kù)位于欒川縣西北約21km,屬于山谷型尾礦庫(kù),壩底高程1073m,壩頂高程1116.5m,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)曲線如圖3所示。本系統(tǒng)在楊樹洼尾礦庫(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)。四、實(shí)施了健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng),進(jìn)一步提高了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)水平基于北斗/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)、