北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)在地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警方面的應(yīng)用研究

王軍見(jiàn) 王金娜 高彥濤

摘 要：利用北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)作為基準(zhǔn)服務(wù)，選擇有代表性的典型滑坡和地面沉降區(qū)作為示范區(qū)，建立滑坡和地面沉降實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提高對(duì)重點(diǎn)地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)效率和預(yù)警能力，使得地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警更加實(shí)時(shí)和高效。

關(guān)鍵詞：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；地基增強(qiáng)系統(tǒng)；地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警

中圖分類號(hào)：P228.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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

眾所周知，我國(guó)幅員遼闊、地質(zhì)類型豐富，境內(nèi)包含有滑坡、泥石流、地面沉降等眾多地質(zhì)災(zāi)害類型地區(qū)，每年因地質(zhì)災(zāi)害所造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失十分巨大。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）是我國(guó)自主研發(fā)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，面向我國(guó)及周邊區(qū)域提供導(dǎo)航、定位服務(wù)，常規(guī)的民用北斗系統(tǒng)定位可以達(dá)到1～10m定位精度。為滿足用戶對(duì)高精度導(dǎo)航與位置服務(wù)的需求，在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，可以建立連續(xù)運(yùn)行接收北斗衛(wèi)星信號(hào)的地面參考站及北斗基準(zhǔn)站控制中心，組成北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)（Beidou Ground-based Augmentation System，BD-GBAS），為覆蓋區(qū)域范圍的終端用戶提供高精度北斗定位及導(dǎo)航服務(wù)[1]。

該項(xiàng)目利用北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)相關(guān)資源開展地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)及預(yù)警，對(duì)典型地質(zhì)災(zāi)害地區(qū)進(jìn)行研究，建立起基于BD-GBAS的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警示范系統(tǒng)，并逐步向全國(guó)推廣。

1 研究目的

①以BD-GBAS為基礎(chǔ)平臺(tái)，利用北斗/GNSS技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，選擇典型滑坡體，建立監(jiān)測(cè)網(wǎng)，獲取監(jiān)測(cè)網(wǎng)的高精度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)基準(zhǔn)站實(shí)現(xiàn)滑坡體的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和定期監(jiān)測(cè)。

②基于北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的滑坡體監(jiān)測(cè)實(shí)施過(guò)程，針對(duì)滑坡體基站的設(shè)置、電力供應(yīng)、數(shù)據(jù)傳輸及安全等關(guān)鍵技術(shù)展開研究，以期獲得適合地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測(cè)的工作方法。

③根據(jù)滑坡體的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析滑坡體的穩(wěn)定性，建立滑坡體的監(jiān)測(cè)預(yù)警管理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息采集、傳輸、預(yù)警、管理、分析和決策一體化。

2 技術(shù)路線

該項(xiàng)目主要以北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)為基準(zhǔn)網(wǎng)，作為地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)統(tǒng)一的空間基準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上布設(shè)滑坡體監(jiān)測(cè)網(wǎng)，同時(shí)以現(xiàn)有的傳輸系統(tǒng)為基礎(chǔ)，把監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)信息實(shí)時(shí)傳送到數(shù)據(jù)處理中心，通過(guò)與基準(zhǔn)站網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)解算處理，從而獲得監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)變形信息，同時(shí)進(jìn)行周期性高精度GNSS靜態(tài)解算，獲得高精度的基線處理數(shù)據(jù)，并進(jìn)行可視化表達(dá)，通過(guò)滑坡變形模型來(lái)確定滑坡的穩(wěn)定性。

具體來(lái)看，一是選擇典型滑坡體，盡量選擇有一定工作基礎(chǔ)、各方面條件成熟的滑坡體，根據(jù)滑坡體的特點(diǎn)，布設(shè)合適的監(jiān)測(cè)網(wǎng)，一般由基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成。二是利用現(xiàn)有地面網(wǎng)絡(luò)通信條件或者北斗通信能力，組建監(jiān)測(cè)網(wǎng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，并將外業(yè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送至BD-GBAS的數(shù)據(jù)處理中心。三是將監(jiān)測(cè)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與BD-GBAS的基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)進(jìn)行整網(wǎng)平差處理，獲得監(jiān)測(cè)網(wǎng)的精確坐標(biāo)，從而獲得監(jiān)測(cè)網(wǎng)的高精度周期性監(jiān)測(cè)結(jié)果。同時(shí)，利用BD-GBAS提供的高精度定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。四是針對(duì)特定的滑坡體，根據(jù)其滑坡變形規(guī)律，利用實(shí)時(shí)的滑坡體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析滑坡體的穩(wěn)定性，建立滑坡體的監(jiān)測(cè)預(yù)警管理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息采集、傳輸、預(yù)警、管理、分析和決策一體化。五是建立滑坡體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)，系統(tǒng)采用B/S模式，通過(guò)Web服務(wù)器將監(jiān)測(cè)信息發(fā)布到網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)通過(guò)網(wǎng)上Web瀏覽器查詢各監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)值、監(jiān)測(cè)基本情況、統(tǒng)計(jì)分析情況和預(yù)警信息。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 北斗實(shí)時(shí)高精度定位方案的確定

根據(jù)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由GEO、IGSO、MEO這3種星座組成的特點(diǎn)，分析不同衛(wèi)星星座信號(hào)質(zhì)量、觀測(cè)數(shù)據(jù)的精度和穩(wěn)定性以及衛(wèi)星幾何圖形結(jié)構(gòu)等，研究不同的隨機(jī)模型對(duì)定位精度的影響，提出一套適合災(zāi)害監(jiān)測(cè)的北斗實(shí)時(shí)高精度定位方案。

3.2 北斗/GPS不同解算模式對(duì)比及精度分析

目前，GNSS主要由北斗、GPS、GLONASS等幾種衛(wèi)星星座組成，北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)發(fā)布之前，主要依靠GPS衛(wèi)星進(jìn)行定位解算，一旦GPS衛(wèi)星服務(wù)關(guān)閉，只能依靠北斗衛(wèi)星，因此應(yīng)開展不同數(shù)據(jù)條件下GNSS定位解算及精度分析。目前主要有3種解算方式：北斗單獨(dú)解算、GPS單獨(dú)解算、北斗/GPS共同解算。其中GPS單獨(dú)解算模式已經(jīng)比較成熟，通過(guò)對(duì)比分析探討北斗單獨(dú)解算和北斗/GPS共同解算2種模式下的數(shù)據(jù)解算精度可靠性能否滿足災(zāi)害體的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3.3 北斗高精度實(shí)時(shí)定位數(shù)據(jù)處理和誤差建模方法

基準(zhǔn)站網(wǎng)的快速模糊度確定是獲取高精度誤差改正數(shù)的前提。因此，本項(xiàng)目首先對(duì)北斗基準(zhǔn)站觀測(cè)值的各種誤差特性進(jìn)行分析研究，綜合利用北斗三頻的組合觀測(cè)值、高精度已知的基準(zhǔn)站坐標(biāo)等多個(gè)條件，探索出快速、可靠的基準(zhǔn)站網(wǎng)三頻模糊度確定方法。采用的模糊度確定基本過(guò)程為首先選用波長(zhǎng)較長(zhǎng)、電離層延遲很小、觀測(cè)噪聲較小的組合觀測(cè)值進(jìn)行模糊度確定，然后選用波長(zhǎng)適中、電離層延遲和觀測(cè)噪聲較小的組合觀測(cè)值確定模糊度，并逐步計(jì)算得到各個(gè)載波的整周模糊度。

4 系統(tǒng)創(chuàng)新點(diǎn)

4.1 實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)空間基準(zhǔn)的統(tǒng)一

北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、連續(xù)的空間框架基準(zhǔn)，同時(shí)也是快速、高精度獲取空間數(shù)據(jù)和地理特征的重要基礎(chǔ)設(shè)施，可在全省區(qū)域內(nèi)向大量用戶同時(shí)提供高精度、高可靠性、實(shí)時(shí)的定位信息，并實(shí)現(xiàn)測(cè)繪數(shù)據(jù)的完整統(tǒng)一。因此，與地基增強(qiáng)系統(tǒng)結(jié)合不僅實(shí)現(xiàn)了不同地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)網(wǎng)監(jiān)測(cè)空間基準(zhǔn)的統(tǒng)一，解決了單體災(zāi)害監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)不穩(wěn)定問(wèn)題，而且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)滑坡體的全自動(dòng)、全天候、實(shí)時(shí)高精度空間和時(shí)間的監(jiān)測(cè)。

4.2 提出基于BD-GBAS的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)方法

北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)（BD-GBAS）利用北斗系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、移動(dòng)GIS技術(shù)等技術(shù)手段，在全省范圍內(nèi)提供不同精度要求的位置服務(wù)。因此，通過(guò)與北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)基準(zhǔn)站聯(lián)測(cè)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)，能夠快速實(shí)現(xiàn)災(zāi)害監(jiān)測(cè)網(wǎng)的部署，從而建立基于BD-GBAS的災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

4.3 地面網(wǎng)絡(luò)通信與北斗通信相結(jié)合確保數(shù)據(jù)傳送的可靠性

北斗系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)全球范圍內(nèi)全天候、全天時(shí)為各類用戶提供高精度、高可靠的定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，而且具有短報(bào)文通信能力。因此，與地面網(wǎng)絡(luò)通信相結(jié)合能夠確保極端條件下地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳送可靠性。

5 結(jié)語(yǔ)

本研究的目標(biāo)是在傳統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，利用北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)作為基準(zhǔn)服務(wù)，選擇有代表性的典型滑坡、崩塌和地面沉降區(qū)作為示范區(qū)，建立滑坡和地面沉降實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提高對(duì)重點(diǎn)地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)效率和預(yù)警能力，使得地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警更加實(shí)時(shí)和高效。

參考文獻(xiàn)：

[1]張乙志，金鍇，劉立，等.北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)試分析[J].全球地位系統(tǒng)，2016（6）：115-118.