基于北斗的地質(zhì)災(zāi)害綜合監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用

文|姜慧

1.中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司 2.北斗導(dǎo)航裝備與時空信息技術(shù)鐵路行業(yè)工程研究中心

質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警的重要手段，已在多行業(yè)領(lǐng)域得到成功應(yīng)用。

一、基于北斗的地質(zhì)災(zāi)害綜合監(jiān)測系統(tǒng)

1.數(shù)據(jù)源

2020 年7 月31 日，隨著我國自主研發(fā)建設(shè)部署的北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式建成開通，利用北斗的高精度位置服務(wù)能力開展在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警領(lǐng)域的研發(fā)與應(yīng)用成為行業(yè)重要發(fā)展方向。目前國內(nèi)已建設(shè)完成了多個全國范圍的北斗地基增強站網(wǎng)系統(tǒng)，相關(guān)區(qū)域級、行業(yè)級北斗地基增強系統(tǒng)建設(shè)正在有序推進。通過研發(fā)部署北斗地質(zhì)災(zāi)害綜合監(jiān)測預(yù)警平臺、高精度數(shù)據(jù)解算平臺以及地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測終端等，實時獲取精準(zhǔn)的地質(zhì)運動等數(shù)據(jù)，感知隱患點觀測周期內(nèi)的微觀運動變化，融合應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，為地質(zhì)災(zāi)害前、中、后期提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐[3]。

2.系統(tǒng)總體組成簡介

本系統(tǒng)基于北斗鐵路行業(yè)綜合應(yīng)用示范工程項目，由中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司北斗導(dǎo)航裝備與時空信息技術(shù)鐵路行業(yè)工程研究中心研發(fā)構(gòu)建。基于北斗的地質(zhì)災(zāi)害綜合監(jiān)測系統(tǒng)主要包括：

1）北斗地質(zhì)災(zāi)害綜合監(jiān)測預(yù)警平臺?？蓪崿F(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害隱患點基礎(chǔ)調(diào)查、數(shù)據(jù)管理、動態(tài)監(jiān)測、預(yù)警預(yù)報等全過程的信息化、智能化和標(biāo)準(zhǔn)化管理。

2）北斗高精度數(shù)據(jù)解算平臺。作為GNSS 數(shù)據(jù)解算的核心服務(wù)，負(fù)責(zé)GNSS 位移數(shù)據(jù)的解算和結(jié)果上報。

3）北斗地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測終端。集成國內(nèi)多款成熟高精度模塊產(chǎn)品、多元傳感器等，可滿足信號接收、測量精度等綜合監(jiān)測需求。

系統(tǒng)總體框架示意圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)總體框架示意圖

3.北斗地質(zhì)災(zāi)害綜合監(jiān)測預(yù)警平臺

北斗地質(zhì)災(zāi)害綜合監(jiān)測預(yù)警平臺（圖2）通過利用北斗、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等多種技術(shù)手段，廣泛適用于泥石流、滑坡、沉降、裂縫等多種不同類型地質(zhì)災(zāi)害的綜合監(jiān)測預(yù)警平臺，實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害自動監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、預(yù)報預(yù)警、應(yīng)急保障等服務(wù)于一體，保障地質(zhì)災(zāi)害前、中、后全生命周期的數(shù)據(jù)化動態(tài)管理，全面提升地質(zhì)災(zāi)害的綜合預(yù)警與處置防治等工作[4]。

2.油氣管網(wǎng)地災(zāi)監(jiān)測

油氣管網(wǎng)作為我國重要的長線型能源基礎(chǔ)設(shè)施，其建設(shè)跨度大、建設(shè)距離遠、周邊環(huán)境復(fù)雜，尤其是在地質(zhì)板塊運動活躍的山地區(qū)域，容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害損害管道與能源運輸安全。選取項目地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測點，建設(shè)北斗地基增強站，構(gòu)建融合北斗位移監(jiān)測終端、測斜儀、裂縫計、水位計、溫度計、雨量計等自動化監(jiān)測傳感器在內(nèi)的油氣管網(wǎng)地質(zhì)災(zāi)害形變自動監(jiān)測網(wǎng)。通過研發(fā)部署油氣管網(wǎng)項目北斗地質(zhì)災(zāi)害綜合監(jiān)測預(yù)警平臺，對地質(zhì)災(zāi)害隱患點位可能出現(xiàn)的山體滑坡、管道沉降等險情進行提前預(yù)警分析，為管道運行環(huán)境監(jiān)測提供歷史數(shù)據(jù)分析與應(yīng)急處置預(yù)案，降低地質(zhì)災(zāi)害對管網(wǎng)運營安全的威脅，提升油氣管網(wǎng)安全運行數(shù)字化感知分析與決策能力（圖5）。

圖5 油氣管網(wǎng)行業(yè)北斗地災(zāi)監(jiān)測應(yīng)用

3.水利基礎(chǔ)設(shè)施地災(zāi)監(jiān)測

水利基礎(chǔ)設(shè)施工程是保障國家經(jīng)濟發(fā)展、維護生態(tài)綠色監(jiān)控、確保社會安全穩(wěn)定的重要組成部分。利用我國自主研發(fā)的國產(chǎn)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，開展邊坡監(jiān)測、大壩監(jiān)測等是水利行業(yè)提升減災(zāi)防災(zāi)、應(yīng)急處突數(shù)字化水平的有效手段。通過在水利項目現(xiàn)場地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測點部署北斗地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測終端、土壓力盒、水壓計、水位計、雨量計等多元傳感器，實現(xiàn)監(jiān)測點位毫米級位移變化的實時感知，并對監(jiān)測范圍內(nèi)的溫度、水壓、水位、應(yīng)力等數(shù)據(jù)進行綜合智能分析，確保在各種氣候條件下的全天候地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警。利用現(xiàn)場4G 網(wǎng)絡(luò)、北斗短報文通信等方式，將監(jiān)測高精度數(shù)據(jù)傳輸至北斗地質(zhì)災(zāi)害綜合監(jiān)測預(yù)警平臺，實現(xiàn)水利監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析、預(yù)警等一體化管理（圖6）。此外，通過將相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)與分析結(jié)果及時上報企業(yè)級/ 政府側(cè)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺，確保區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報信息的互聯(lián)共享，極大程度上提升地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警能力。

圖6 水利行業(yè)北斗地災(zāi)監(jiān)測應(yīng)用

三、結(jié)束語

目前，基于北斗的地質(zhì)災(zāi)害綜合監(jiān)測系統(tǒng)已在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、交通、水利、市政等諸多行業(yè)得到了成功應(yīng)用。由于地質(zhì)運動的復(fù)雜性，地質(zhì)災(zāi)害的精準(zhǔn)預(yù)警預(yù)報仍是一個國際難題，不可能提前對所有災(zāi)害發(fā)生的時間、位置、周期等作出準(zhǔn)確無誤的預(yù)報。在地災(zāi)隱患區(qū)域內(nèi)部署北斗GNSS 地災(zāi)監(jiān)測終端系統(tǒng)等，結(jié)合地災(zāi)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)平臺的智能分析處置能力，有助于實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測實時快速預(yù)警，在災(zāi)害發(fā)生前數(shù)分鐘、數(shù)小時甚至數(shù)天內(nèi)發(fā)出預(yù)警信息。未來，隨著北斗與云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是人工智能、元宇宙等顛覆性技術(shù)的突破，利用北斗融合新一代信息化技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)警將會更加精準(zhǔn)有效，區(qū)域范圍內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的精確預(yù)報與防治也將成為未來地災(zāi)監(jiān)測技術(shù)融合創(chuàng)新發(fā)展的重要方向。此外，隨著全國范圍內(nèi)區(qū)域級、行業(yè)級地基增強站網(wǎng)系統(tǒng)的不斷建設(shè)完善以及地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測產(chǎn)品的不斷迭代升級，北斗地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測終端設(shè)備、軟件必將進一步降低成本，實現(xiàn)更普遍、更大范圍的應(yīng)用部署，形成區(qū)域級、行業(yè)級地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測應(yīng)用體系，為我國地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)警與防治提供更多的數(shù)據(jù)支撐。