GNSS在地质灾害监测与预警系统中的应用

　　自然变迁和人为破坏是地质灾害的主要原因，主要灾害形态包括滑坡、泥石流、崩塌、地面塌陷、地面沉降和地裂缝等，严重影响地区经济建设和人民生命财产安全。
　　随着中国的北斗、美国的 GPS、俄罗斯的 GLONASS 等全球导航卫星系统的建设及发展,全球导航卫星系统 GNSS 接收机得到了广泛应用。
　　根据传统地质灾害工作流程及技术要求，研制集测绘学、地质学于一体,建立一套科学完善的地质灾害监测与预警系统，可为提前预测地质灾害的发生,有效减少或避免地质灾害导致的人员伤亡和财产损失,提供重要的信息支撑。
　　系统架构
　　地质灾害监测与预警系统基于地质灾害监测规范的要求和实际生产习惯,结合 GNSS 的伪距测量、载波相位测量的高精度位置测量和绘图数据、 GNSS 观测网络、变形监测等技术，依托智能传感技术、物联网技术、云计算技术、大数据技术等跨领域技术,通过对野外监测站监控要素进行实时监测，使用GPRS/LoRa/3G/4G/北斗卫星等通信方式将滑坡、泥石流、崩塌、地面塌陷、地面沉降和地裂缝等重点地质灾害隐患点的实时数据传输到管理及监测预警云平台，构建实时监测、数据处理、数据平差、预警预报、信息管理、辅助决策的地质灾害监测与预警系统,为地质灾害信息传输网络化、地质灾害预警智能化、地质灾害信息服务社会化提供技术支撑。
　　自动化、视频一体化监测架构图
　　系统功能模块
　　地质灾害监测与预警系统主要针对地质灾害隐患点的日常实时在线自动监测、监测数据分析、预警信息发布等工作进行设计,主要功能包括实时监测、预警管理、图像监测、信息公告、站点管理、统计分析和系统管理。  实时监测
　　实时监测模块分为 深部位移监测系统、表面位移监测系统、GNSS 监测系统、降雨量监测系统、地下水监测系统、土壤含水率监测系统、水压力监测系统、地声次声监测系统等 子模块，可展示电子地图和各监测站的位置信息、关键参数及设备状态等实时列表数据。
　　泥石流监测网
　　山体滑坡监测网
　　地面沉降监测网
　　地下水监测网预警管理
　　预警管理模块分为 沉降监测预警系统、滑坡监测预警系统、泥石流监测预警系统、落石监测预警系统等 子模块。
　　通过野外监测站分别对地表面位移、深部位移、沉降位移、降雨量、土壤含水量、地下水等要素进行实时监测、精确采集,使用 GPRS/LoRa/3G/4G/北斗卫星等通信方式将数据传输到管理及监测预警云平台,并根据设置的阈值,超过报警上限时,监测点主动通过无线预警广播、短信、平台等方式,向各级部门、大众进行预警播报。
　　平台可展示设备历史警告记录，包括实时预警、弹窗配置、短信配置、阈值配置、预警人员、短信记录等功能。
　　GNSS外部形变监测
　　降雨量监测
　　地裂缝监测
　　泥石流监测
　　崩塌监测图像监测
　　展示设备最新上报的抓拍实时视频监控图像信息，显示最新的采集要素信息，并以监测站类型进行选择显示。
　　信息公告
　　展示信息平台发布的公告信息，包含主题、发布人、时间、内容、操作等字段。  站点管理
　　展示站点监控设备的基础信息，抓拍影像/视频,可对设备进行远程配置管理。  统计分析
　　根据所采集的位移量、水位、降雨量等传感器采集数据自动生成趋势曲线、数据统计报表,以列表和报表形式展现,以 Excel 形式导出，供趋势分析。
　　系统管理
　　实现对角色管理、用户管理、通道管理、数据矫正、固定公式、系统日志等信息的查询和存储功能。  GNSS技术在系统中的应用GNSS技能优势
　　地质灾害的主要监测对象是地质形变，可细分为 内部形变监测与外部形变监测 两种。
　　采用经纬仪、水准仪、测距仪、全站仪等常规监测仪器，监测时需要安排人员进行实地观测，存在外业工作量大、计算量大，布点受地形条件影响，工作周期长、经费偏高等问题，造成其工作效率不高。另外在荒郊野外、深山、原始森林等地质环境恶劣的地区，无法实现实时、自动化测量。
　　GNSS 定位基于空中卫星发射信号实现测距定位，采用静态差分相对定位技术。相对于常规监测技术， GNSS 监测站点之间不需要通视，大大减少了测量中的野外工作量。
　　另外，利用无线通信技术 GPRS/LoRa/3G/4G 还可以将 GNSS 观测数据上传到室内数据处理中心， 实现了远距离、高精度、全天候、自动化灾害监测， 可广泛用于 崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降、地面塌陷和地裂缝变形等 监测。
　　GNSS 判断地质灾害的原理
　　系统将北斗高精度卫星监测应用技术和物联网通信技术结合，基于北斗高精度卫星监测技术，在远离地质灾害的非形变区选择一个稳定点，建立集北斗地面沉降监测点等于一体的 GNSS 参考基站，再在形变监测区根据监测项目的要求，进行监测断面的布置，建设 n个 GNSS 监测站，对地质监测点边坡、滑坡(不稳定斜坡)等结构进行地面沉降、水平位移、形变实时监测。
　　1+N监测网
　　通过无线通信技术将参考基站和观测所得原始数据传输到数据处理中心，数据处理中心利用原始数据解算出目标点即参考基站和观测站之间水平和高程的绝对位移。
　　采用 GNSS 连续监测系统对监测目标点连续长时间进行自动实时监测，可实现全天候无人值守监测。  GNSS 核心算法
　　选用国际一流板卡，采用先进科学的实时形变监测数据处理算法将真实的状态即定位结果估算出来。
　　系统的运用
　　系统用于一些 地质灾害滑坡监测和地质灾害裂缝监测 ，根据项目的实际运用，系统通过对 GNSS 监测站的实时形变监测数据进行处理，保证结果的高精度、高可靠性、高实效性和高时间分辨率。同时系统可根据需要灵活设定数据采集与处理时间,可实时掌握被监测体的瞬时形变情况，真正实现远程监控和无人值守。
　　基于 GNSS 技术的地质灾害监测与预警系统能实时获取监测地质灾害多发区的各维度数据，实现了监测指标异常自动报警，有效解决了地质灾害点多面广，专业人员不足，偏远地区、气候恶劣环境下的监测数据获取及传输困难等难题，提高了地质灾害监测效率，降低了地质灾害监测成本，实现了地质灾害动态监测信息的科学化、信息化及可视化，为政府部门在地质灾害易发区的经济建设、环境治理等方面的规划和决策提供了基础依据，有效减少了大量人员伤亡，减免了灾害损失，具有良好的社会效益和经济效益，可助力新时代城市地质灾害监测与预警。