CN107505634A

CN107505634A - 一种基于厘米级高精度卫星定位技术的山体滑坡预警系统

Info

Publication number: CN107505634A
Application number: CN201710509357.6A
Authority: CN
Inventors: 康国华; 金晨迪; 刘瑶; 郭玉洁; 乔思元
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2017-06-28
Filing date: 2017-06-28
Publication date: 2017-12-22

Abstract

本发明公开了一种基于厘米级高精度卫星定位技术的山体滑坡预警系统，包括能达到厘米级精度的基于IGS信息辅助的卫星定位系统GNSS；用于测量安装有预警系统的电塔位移量的坡面位移监测系统；用于对监测的数据进行采集、处理、决策和发送的数据系统；用于数据传输的互联网系统。数据系统包括数据收集模块和数据处理模块，数据采集模块通过卫星得到定位数据并将数据存储与服务器；数据处理模块通过获取存储于服务器的定位数据，实时计算数据点位移，估算发生山体滑坡概率。本发明的预警系统，利用卫星定位精度高，稳定性强的特点，通过将系统设备安装于电塔上并设计移动互联网上传系统，克服了山体滑坡预警系统易受环境变化影响、成本高、精度差的缺点。

Description

一种基于厘米级高精度卫星定位技术的山体滑坡预警系统

技术领域

本发明属于事故预防技术领域，具体是一种基于厘米级高精度卫星定位技术的山体滑坡预警系统。

背景技术

山体滑坡是地表运动的一种地质现象，是山区常见的灾害之一。山体滑坡通常是指斜坡上的部分岩石和土体受到地质结构、地表或地下水活动等因素的影响，沿底层软弱面在重力的作用下向下滑动甚至滚动的不良现象，给人民生命财产带来严重威胁、给国民经济造成重大损失。

对于山体滑坡检测技术而言，当前常见的方法主要有：大地测量法、近景摄影测量法、GPS、RS、TDR 法、地下水位监测法、测斜法、合成孔径雷达干涉测量法等监测方法。

大地测量法主要采用以下两大类监测仪器：1)经纬仪、水准仪、测距仪；2)全站式速测仪、电子经纬仪等设备。第一类仪器的优点：系统投入快、精度高、监测面广、直观、安全，便于准确确定滑坡的位移方向及变形速度，适用于不同变形阶段的位移监测。第二类仪器具有精度高、速度快、自动化程度高、易操作、省力、监测信息量大、可连续观测等优点。以上两大类仪器都适用于不同变形阶段的位移监测，但易受地形通视及气候条件影响。

近景摄影测量法的测量方式多，观测人员无需到达观测现场，观测站点也不要求绝对稳定，只要取景理想即可。其适应于变形速率较大的滑坡水平位移及危岩陡壁裂缝变化监测，它具有操作简单、可同时多点观测等优点，但该方法易受天气状况的影响，位移监测的绝对精度较低。

RS法应用于滑坡监测，其监测范围广，能获得整个滑坡区域的形变位移数据，测量滑坡的位移精度为厘米级，精度较GNSS方法低。其主要存在如下问题：l)需要知道滑坡发生地区精确的DEM 数据，由于滑坡常常发生在地形陡峭的区域，在数据采集的过程中，会有很多因素带来误差；2)由于数据采集过程存在噪声，这会严重影响干涉图的质量，影响测量精度；3)天气条件和植被覆盖会对测量结果产生较大的影响，影响测量精度；4)不能够对滑坡进行快速、实时的动态监测。

TDR 法具有价格低、监测时间短、可远程访问、数据提供便捷、安全性高等优点。其主要不足处在于，它不能用于需要监测倾斜时存在剪切作用的区域，无法确定滑坡位移量和位移方向，另外，TDR 法监测滑坡的有效性是以其测试电缆的变形为前提，若电缆未产生变形，就很难监测滑坡的位移。

地下水位监测法采用水位自动记录仪对地下水位进行实时监测，适用于滑坡体不同变形阶段，其监测结果可作为监测系统的辅助决策信息。测斜仪监测法采用人工定期监测，定期总结监测资料。其一次性投资少，但是存在以下问题：1）不能实现数据的远程及在恶劣天气下的采集；2)由于数据断续采集，采集效率低，难以捕获到滑坡前的重要信息，从而很难实现及时有效的临界预测预报；3)不能对灾害发生前期、中期和后期进行全过程监测预报；4)测量数据精度不高；5)由于需要组织专人定期监测，要保护监测钻孔等，需要大量的人力、物力和资金。

合成孔径雷达干涉测量法具有以下优点：1)由于卫星雷达干涉测量覆盖范围广，可获得整个滑坡区域的形变位移数据；2)卫星雷达成像能够穿透云层，不受时间限制，可以对滑坡区域实施动态监测；3)雷达差分干涉测量技术分辨率和精度都很高，对地表形变能进行厘米量级测量。合成孔径雷达干涉测量需要精确的 DEM数据，由于滑坡常常发生在地形陡峭的区域，在数据采集的过程中，会有很多因素带来误差，并且，潮湿的天气和高植被覆盖率会影响到SAR图像的相关性，影响测量结果的精度。

卫星定位方法可以实现三维大地测量，可进行连续监测，作业简单方便，具有全天候、高精度、全自动、不受地形通视条件的限制等优点，对监测山体滑坡有重要作用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于厘米级高精度卫星定位技术的山体滑坡预警系统，该预警系统利用卫星定位高精度，稳定的特点克服如今市场上山体滑坡预警系统成本高，易受环境变化影响的缺点。此外，为了降低系统成本，通过将系统设备安装于电塔上，降低了安装成本和能源成本。为了实现数据实时传输，设计移动互联网上传系统，最终实现高精度，低成本的山体滑坡预警系统。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于厘米级高精度卫星定位技术的山体滑坡预警系统，包括：

基于能达到厘米级精度的IGS信息辅助的卫星定位系统；

用于测量安装有预警系统的电塔位移量的坡面位移监测系统；

用于对监测的数据进行采集、处理、决策和发送的信息数据处理系统；

用于数据传输的互联网系统。

进一步的，所述卫星定位系统利用高精度的GNSS（IGS可兼容GPS、北斗、GLONASS、GALILEO现有4大主流的卫星导航系统）卫星星历和卫星钟差以及双频载波相位观测值，采用非差模型进行精密单点定位。

进一步的，所述坡面位移监测系统包括若干个监测点，每个监测点又包括GNSS系统接收器、无线数据传输模块、微处理器和电源等构成。

进一步的，所述信息数据处理系统包括定位数据处理预测系统和互联网监测告警系统。

更进一步，所述定位数据处理预测系统包括数据处理系统和决策系统，数据采集系统和数据处理系统通过移动互联网相连接。数据处理系统对数据进行处理、比较和分析；数据决策系统收集处理后的数据并进行滑坡预测，如发现数据与临滑状态吻合，则向相应地点发出告警信号。

更进一步，所述数据采集系统包括GNSS接收机、ARM处理器、移动互联网通讯模块和电源供给模块。

更进一步，所述电源供给模块包括锂电池和电源输入，电压通过安装地电塔提供，锂电池通过存储电能作为备用电源。

另一种改进，所述数据处理系统包括网络服务器和计算机，通过获取存储于服务器的定位数据，实时计算数据点位移，估算发生山体滑坡概率。

进一步的，所述互联监测网告警系统包括数据接收、存储和管理系统、信息管理系统、决策系统等。该系统设在室内，可通过互联网传送告警信息。

进一步的，所述基于厘米级高精度卫星定位技术的山体滑坡预警系统安装在电塔上。设备通过安装在电塔上，依赖于电塔为其提供电能，可降低成本。

本发明的基于厘米级高精度卫星定位技术的山体滑坡预警系统具有如下有益效果：

（1）本发明的山体滑坡预警系统可靠性高，便于维护，成本低；

（2）本发明的山体滑坡预警系统实现自动化，覆盖范围广；

（3）本发明的山体滑坡预警系统实时性好，可在短时间内实现对山体滑坡灾害预警，同时兼顾对电塔的安全监测。

附图说明

图1是本发明的基于厘米级高精度卫星定位技术的山体滑坡预警系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明提出的一种基于厘米级高精度卫星定位技术的山体滑坡预警系统进行详细说明。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

本发明通过机械结构将定位设备安装广泛分布于山区的电塔上，降低整个系统硬件安装成本，通过电塔供电使定位设备能够长时间稳定工作，利用自身携带的锂电池作为备份电源增强整个系统可靠性。

如图1所示，本发明的基于厘米级高精度卫星定位技术的山体滑坡预警系统包括：

基于能达到厘米级精度的IGS信息辅助的卫星定位系统；

用于数据传输的互联网系统。

卫星定位系统利用高精度的GNSS卫星星历和卫星钟差以及双频载波相位观测值，采用非差模型进行精密单点定位。

坡面位移监测系统包括若干个监测点，每个监测点又包括GNSS系统接收器、无线数据传输模块、微处理器和电源等构成。

信息数据处理系统包括定位数据处理预测系统和互联网监测告警系统。定位数据处理和预测系统通过从服务器端实时调取所获取的定位数据计算，数据之间的差值，比如，当差值累积达到1m以上时认为该地大概率发生山体滑坡灾害。互联网监测告警系统通过互联网将预测得到的结果发布于特定网站供用户查询和使用。

定位数据处理预测系统包括数据处理系统和决策系统，数据采集系统和数据处理系统通过移动互联网相连接。数据处理系统对数据进行处理、比较和分析；数据决策系统收集处理后的数据并进行滑坡预测，如发现数据与临滑状态吻合，则向相应地点发出告警信号。

数据采集系统的定位设备内部包括GNSS接收机，移动互联网模块，ARM芯片，电源模块。GNSS接收机由市面上常见的多种定位星座接收模块组成，实时收集GNSS数据用于定位解算，双频接收机相对于单频接收机由更高的定位精度。移动互联网模块用来上传定位数据至指定服务器，供后续滑坡预测数据分析程序调用；并且通过移动互联网下载IGS星历数据，用于定位程序，提高了定位程序的定位精度。ARM芯片根据GNSS接收模块获取的GNSS数据和移动互联网模块获取的IGS数据运行定位解算程序，获得该定位设备的实时位置，并由移动互联网模块发送至服务器端。

电源供给模块包括锂电池和电源输入，电压通过安装地电塔提供，锂电池通过存储电能作为备用电源。

数据处理系统包括网络服务器和计算机共同，通过获取存储于服务器的定位数据，实时计算数据点位移，估算发生山体滑坡概率。

互联监测网告警系统包括数据接收、存储和管理系统、信息管理系统、决策系统等。该系统设在室内，可通过互联网传送告警信息。

本实施例的基于厘米级高精度卫星定位技术的山体滑坡预警系统安装在电塔上。设备通过安装在电塔上，依赖于电塔为其提供电能，可降低成本。

基于对本发明优选实施方式的描述，应该清楚，由所附的权利要求书所限定的本发明并不仅仅局限于上面说明书中所阐述的特定细节，未脱离本发明宗旨或范围的对本发明的许多显而易见的改变同样可能达到本发明的目的。

Claims

1.一种基于厘米级高精度卫星定位技术的山体滑坡预警系统，其特征在于，包括：

基于能达到厘米级精度的卫星定位系统IGS辅助下的GNSS系统；

用于数据传输的互联网系统。

2.根据权利要求1所述的基于厘米级高精度卫星定位技术的山体滑坡预警系统，其特征在于，所述卫星定位系统利用GNSS卫星星历和卫星钟差以及双频载波相位观测值，采用非差模型进行精密单点定位。

3.根据权利要求1所述的基于厘米级高精度卫星定位技术的山体滑坡预警系统，其特征在于，所述坡面位移监测系统包括若干个监测点，每个监测点又包括GNSS系统接收器、无线数据传输模块、微处理器和电源。

4.根据权利要求1所述的基于厘米级高精度卫星定位技术的山体滑坡预警系统，其特征在于，所述信息数据处理系统包括定位数据处理预测系统和互联网监测告警系统。

5.根据权利要求4所述的基于厘米级高精度卫星定位技术的山体滑坡预警系统，其特征在于，所述定位数据处理预测系统包括数据处理系统和决策系统；所述数据处理系统用于对数据进行处理、比较和分析；所述数据决策系统用于收集处理后的数据并进行滑坡预测，如发现数据与临滑状态吻合，则向相应地点发出告警信号。

6.根据权利要求5所述的基于厘米级高精度卫星定位技术的山体滑坡预警系统，其特征在于，所述数据采集系统包括GNSS接收机、ARM处理器、移动互联网通讯模块和电源供给模块。

7.根据权利要求6所述的基于厘米级高精度卫星定位技术的山体滑坡预警系统，其特征在于，所述电源供给模块包括锂电池和电源输入，电压通过安装地电塔提供，锂电池通过存储电能作为备用电源。

8.根据权利要求5所述的基于厘米级高精度卫星定位技术的山体滑坡预警系统，其特征在于，所述数据处理系统包括网络服务器和计算机共同，通过获取存储于服务器的定位数据，实时计算数据点位移，估算发生山体滑坡概率。

9.根据权利要求4所述的基于厘米级高精度卫星定位技术的山体滑坡预警系统，其特征在于，所述互联监测网告警系统包括数据接收、存储和管理系统、信息管理系统、决策系统。

10.根据权利要求1至9任一项所述的基于厘米级高精度卫星定位技术的山体滑坡预警系统，其特征在于，所述预警系统安装在电塔上。