基于BDS结合星载合成孔径雷达干涉测量技术的部分地质灾害监测和预警系统

王煜++董新宇

摘 要：北斗卫星导航系统（BDS）作为全球已建成的三大卫星定位与通信系统之一，其应用正向社会经济更深领域拓展，其手持终端设备也正在普通个人用户中普及。本方案充分利用北斗导航卫星的快速准确定位和短报文功能，将其与星载合成孔径雷达干涉测量技术（InSAR）、高分辨率遥感卫星集成，通过地面综合控制中心和用户手持终端向专业部门和普通用户提供泥石流、滑坡等地质灾害预警信息。设计方案从原理、系统机制、子系统功能、应用前景等方面对该系统进行设计和分析论证，认为该系统建设具有可行性和广阔的应用前景，可进一步拓展BDS的应用领域，将在交通、水利、林业等部门以及野外考察、户外运动等方面发挥重要作用。

关键词：BDS 星载InSAR 地质灾害 监测 预警

中图分类号：P642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）05（c）-0036-01

1 背景及意义

我国山区面积占全国面积的2/3，泥石流、滑坡等地质灾害经常发生，不仅对房屋等建筑物有强大破坏性，还对我国的交通系统和水利工程等有很大的危害，每年都对国民经济等造成了巨大损失和人员伤亡。目前常用的泥石流、滑坡的监控手段主要采用静态RTK进行定点连续观测或利用车载三维激光扫描仪进行坡面扫描。上述方法具有费用高、监测范围小和应用面窄等缺点。如何利用北斗卫星的定位、通信功能及应用范围广、受众多等优点结合精确、大范围的地形监测技术设计一套集成系统，为普通用户和专业用户实时提供实时泥石流和滑坡发生的危险度，具有重要的实用价值。[1]本集成系统的设计结合了BDS（北斗卫星导航系统）及星载InSAR（合成孔径雷达干涉测量技术）对泥石流、滑坡等危险点自动进行全天时、全天候和大范围的监测，当用户利用BDS系统可便捷查询所在位置的地质灾害危险等级，可大大节省专业部门的经费支出和实现地灾预警的大众化应用。

2 基于BDS结合星载合成孔径雷达干涉测量技术的泥石流灾害监测和预警系统设计方案

2.1 该系统的主要功能与应用

该系统主要是充分结合和运用了BDS、星载InSAR、高分辨率遥感卫星三者的功能，使其功能优势互补，共同组成了本系统的关键核心技术部分。能够实现全天候、全天时、广范围的对泥石流、滑坡等地质灾害的监测，通过对收集的大量数据进行综合分析得出灾害发生等级，并及时做出预警，向用户和部门及时发送预警信息，提前防范灾害的发生，减少灾害造成的经济损失和人员伤亡。

该系统的应用如下：

针对户外活动的用户：对参与野外探险、野外勘探、旅游登山等人群，他们可以运用手持用户终端，实时地通过BDS向地面综合控制中心发送服务请求，BDS获取用户所在的地理坐标数据，并发到地面综合控制中心，地面综合控制中心通过综合星载InSAR发来的数据和高分辨率遥感卫星发来的土壤墒情数据信息进行综合分析得出用户所在地的灾害发生潜在危险等级，并通过BDS的短报文功能及时反馈给用户[2]。同时还可以向用户提供其所在地的气象条件信息和坐标数据等相关服务。

针对山区等固定居民用户：地面综合控制中心实时的把经过综合分析得出的地质灾害发生的潜在危险等级，一旦发现危险，及时通知当地的相关政府部门，以及时的采取灾害应急响应，并提前采取防护措施。

针对交通领域：通过运用本系统实时监测交通沿线山体情况，并及时把信息反馈给地面综合控制中心，由地面综合控制中心进行调控，运用BDS的短报文通讯功能，可以实时通知行驶中的车辆。这样做的优点一是大大减少了目前对泥石流、滑坡等地质灾害监测技术的成本，并且速度快、效率高、范围广；二是大大提高政府部门的工作效率，目前交通水利、林业、农业等各部门各自为阵，浪费大量公共资源。本系统通过建立一个大型的综合地面控制中心系统，可以实现全国的铁路、公路各部门共享一个系统，利用BDS的短报文功能实现现场实时查询，大大节约公共支出。

还可用于矿山、水利工程等工程设施的防护，一旦发现潜在危险，即发现山体的微小位移形变时，及时采取措施进行预防。

2.2 该系统的实施流程如下

首先用户用手持终端通过BDS向地面综合控制中心发出服务请求，BDS把用户的坐标数据发给控制中心，星载InSAR获取地质灾害可能发生地的相关精确影像数据，高分辨率遥感卫星为地面综合控制中心提供地表土壤含水量图像信息和相关气象条件数据，再一并发给地面综合控制中心并存储到大型数据库中；[3]

接着地面综合控制中心进行综合分析得出泥石流、滑坡等地质灾害发生的可能性和发生后的等级水平，并把这些信息以短报文形式反馈BDS和相关政府部门；

然后BDS把收到的来自地面综合控制中心发来的数据、气象数据和坐标数据实时的发给用户持有的用户终端，用户可根据收到的情报信息及时规避灾害或采取其他下一步行动，相关部门再把收到的灾情预警情报发给周边区域，并提前及时采取措施进行应急响应。

2.3 该系统的应用前景

随着我国地质灾害防治工作的逐步步入法制化轨道，BDS结合星载合成孔径雷达干涉测量技术也将面临着巨大的发展机遇。全国许多地方颁布实施了地质灾害防治地方性法规，部分省级和市县地质灾害防治管理体系已经建立，地质灾害定期调查制度、防灾预案制度、灾害速报制度等正逐步形成。

常见的泥石流监测方法虽然很多，但大部分却需要人工的操作，且泥石流一般发生于边远的山区地带，不仅观测麻烦，不能够实时监测，且受天气影响颇大。而BDS结合星载合成孔径雷达干涉测量技术不仅可以实时、自动、精确地监测泥石流，而且可以贯穿泥石流灾害的调查、监测、预报、评估的全过程。并可以对滑坡、崩岗等水土流失地质灾害。所以BDS结合星载合成孔径雷达干涉测量技术定可成为地质灾害的动态监测和灾情损失评估中不可缺少的手段之一。

参考文献

[1] 邱中军.北斗卫星导航系统及其它卫星系统简介[M].测绘工程，2012.

[2] 刘国祥.InSAR基本原理[J].四川测绘，2004，27（4）.

[3] 牛瑞，汤晓涛.国外InSAR发展现状与趋势[N].中国测绘报，2006.endprint