基于BDS結合星載合成孔徑雷達干涉測量技術的部分地質(zhì)災害監(jiān)測和預警系統(tǒng)

王煜++董新宇

摘 要：北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS）作為全球已建成的三大衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)之一，其應用正向社會經(jīng)濟更深領域拓展，其手持終端設備也正在普通個人用戶中普及。本方案充分利用北斗導航衛(wèi)星的快速準確定位和短報文功能，將其與星載合成孔徑雷達干涉測量技術（InSAR）、高分辨率遙感衛(wèi)星集成，通過地面綜合控制中心和用戶手持終端向?qū)I(yè)部門和普通用戶提供泥石流、滑坡等地質(zhì)災害預警信息。設計方案從原理、系統(tǒng)機制、子系統(tǒng)功能、應用前景等方面對該系統(tǒng)進行設計和分析論證，認為該系統(tǒng)建設具有可行性和廣闊的應用前景，可進一步拓展BDS的應用領域，將在交通、水利、林業(yè)等部門以及野外考察、戶外運動等方面發(fā)揮重要作用。

關鍵詞：BDS 星載InSAR 地質(zhì)災害 監(jiān)測 預警

中圖分類號：P642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（c）-0036-01

1 背景及意義

我國山區(qū)面積占全國面積的2/3，泥石流、滑坡等地質(zhì)災害經(jīng)常發(fā)生，不僅對房屋等建筑物有強大破壞性，還對我國的交通系統(tǒng)和水利工程等有很大的危害，每年都對國民經(jīng)濟等造成了巨大損失和人員傷亡。目前常用的泥石流、滑坡的監(jiān)控手段主要采用靜態(tài)RTK進行定點連續(xù)觀測或利用車載三維激光掃描儀進行坡面掃描。上述方法具有費用高、監(jiān)測范圍小和應用面窄等缺點。如何利用北斗衛(wèi)星的定位、通信功能及應用范圍廣、受眾多等優(yōu)點結合精確、大范圍的地形監(jiān)測技術設計一套集成系統(tǒng)，為普通用戶和專業(yè)用戶實時提供實時泥石流和滑坡發(fā)生的危險度，具有重要的實用價值。[1]本集成系統(tǒng)的設計結合了BDS（北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)）及星載InSAR（合成孔徑雷達干涉測量技術）對泥石流、滑坡等危險點自動進行全天時、全天候和大范圍的監(jiān)測，當用戶利用BDS系統(tǒng)可便捷查詢所在位置的地質(zhì)災害危險等級，可大大節(jié)省專業(yè)部門的經(jīng)費支出和實現(xiàn)地災預警的大眾化應用。

2 基于BDS結合星載合成孔徑雷達干涉測量技術的泥石流災害監(jiān)測和預警系統(tǒng)設計方案

2.1 該系統(tǒng)的主要功能與應用

該系統(tǒng)主要是充分結合和運用了BDS、星載InSAR、高分辨率遙感衛(wèi)星三者的功能，使其功能優(yōu)勢互補，共同組成了本系統(tǒng)的關鍵核心技術部分。能夠?qū)崿F(xiàn)全天候、全天時、廣范圍的對泥石流、滑坡等地質(zhì)災害的監(jiān)測，通過對收集的大量數(shù)據(jù)進行綜合分析得出災害發(fā)生等級，并及時做出預警，向用戶和部門及時發(fā)送預警信息，提前防范災害的發(fā)生，減少災害造成的經(jīng)濟損失和人員傷亡。

該系統(tǒng)的應用如下：

針對戶外活動的用戶：對參與野外探險、野外勘探、旅游登山等人群，他們可以運用手持用戶終端，實時地通過BDS向地面綜合控制中心發(fā)送服務請求，BDS獲取用戶所在的地理坐標數(shù)據(jù)，并發(fā)到地面綜合控制中心，地面綜合控制中心通過綜合星載InSAR發(fā)來的數(shù)據(jù)和高分辨率遙感衛(wèi)星發(fā)來的土壤墑情數(shù)據(jù)信息進行綜合分析得出用戶所在地的災害發(fā)生潛在危險等級，并通過BDS的短報文功能及時反饋給用戶[2]。同時還可以向用戶提供其所在地的氣象條件信息和坐標數(shù)據(jù)等相關服務。

針對山區(qū)等固定居民用戶：地面綜合控制中心實時的把經(jīng)過綜合分析得出的地質(zhì)災害發(fā)生的潛在危險等級，一旦發(fā)現(xiàn)危險，及時通知當?shù)氐南嚓P政府部門，以及時的采取災害應急響應，并提前采取防護措施。

針對交通領域：通過運用本系統(tǒng)實時監(jiān)測交通沿線山體情況，并及時把信息反饋給地面綜合控制中心，由地面綜合控制中心進行調(diào)控，運用BDS的短報文通訊功能，可以實時通知行駛中的車輛。這樣做的優(yōu)點一是大大減少了目前對泥石流、滑坡等地質(zhì)災害監(jiān)測技術的成本，并且速度快、效率高、范圍廣；二是大大提高政府部門的工作效率，目前交通水利、林業(yè)、農(nóng)業(yè)等各部門各自為陣，浪費大量公共資源。本系統(tǒng)通過建立一個大型的綜合地面控制中心系統(tǒng)，可以實現(xiàn)全國的鐵路、公路各部門共享一個系統(tǒng)，利用BDS的短報文功能實現(xiàn)現(xiàn)場實時查詢，大大節(jié)約公共支出。

還可用于礦山、水利工程等工程設施的防護，一旦發(fā)現(xiàn)潛在危險，即發(fā)現(xiàn)山體的微小位移形變時，及時采取措施進行預防。

2.2 該系統(tǒng)的實施流程如下

首先用戶用手持終端通過BDS向地面綜合控制中心發(fā)出服務請求，BDS把用戶的坐標數(shù)據(jù)發(fā)給控制中心，星載InSAR獲取地質(zhì)災害可能發(fā)生地的相關精確影像數(shù)據(jù)，高分辨率遙感衛(wèi)星為地面綜合控制中心提供地表土壤含水量圖像信息和相關氣象條件數(shù)據(jù)，再一并發(fā)給地面綜合控制中心并存儲到大型數(shù)據(jù)庫中；[3]

接著地面綜合控制中心進行綜合分析得出泥石流、滑坡等地質(zhì)災害發(fā)生的可能性和發(fā)生后的等級水平，并把這些信息以短報文形式反饋BDS和相關政府部門；

然后BDS把收到的來自地面綜合控制中心發(fā)來的數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)和坐標數(shù)據(jù)實時的發(fā)給用戶持有的用戶終端，用戶可根據(jù)收到的情報信息及時規(guī)避災害或采取其他下一步行動，相關部門再把收到的災情預警情報發(fā)給周邊區(qū)域，并提前及時采取措施進行應急響應。

2.3 該系統(tǒng)的應用前景

隨著我國地質(zhì)災害防治工作的逐步步入法制化軌道，BDS結合星載合成孔徑雷達干涉測量技術也將面臨著巨大的發(fā)展機遇。全國許多地方頒布實施了地質(zhì)災害防治地方性法規(guī)，部分省級和市縣地質(zhì)災害防治管理體系已經(jīng)建立，地質(zhì)災害定期調(diào)查制度、防災預案制度、災害速報制度等正逐步形成。

常見的泥石流監(jiān)測方法雖然很多，但大部分卻需要人工的操作，且泥石流一般發(fā)生于邊遠的山區(qū)地帶，不僅觀測麻煩，不能夠?qū)崟r監(jiān)測，且受天氣影響頗大。而BDS結合星載合成孔徑雷達干涉測量技術不僅可以實時、自動、精確地監(jiān)測泥石流，而且可以貫穿泥石流災害的調(diào)查、監(jiān)測、預報、評估的全過程。并可以對滑坡、崩崗等水土流失地質(zhì)災害。所以BDS結合星載合成孔徑雷達干涉測量技術定可成為地質(zhì)災害的動態(tài)監(jiān)測和災情損失評估中不可缺少的手段之一。

參考文獻

[1] 邱中軍.北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)及其它衛(wèi)星系統(tǒng)簡介[M].測繪工程，2012.

[2] 劉國祥.InSAR基本原理[J].四川測繪，2004，27（4）.

[3] 牛瑞，湯曉濤.國外InSAR發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[N].中國測繪報，2006.endprint