文|范曉雷 李懷忠 雒永剛 孫國(guó)慧 楊世忠 王岳軍

1.中國(guó)衛(wèi)通集團(tuán)股份有限公司 2.湖南北斗微芯數(shù)據(jù)科技有限公司3.北斗微芯院士專家工作站 4.中山大學(xué)

一、引言

我國(guó)幅員遼闊，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)數(shù)量巨大。目前，全國(guó)已經(jīng)勘察確認(rèn)的地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)288525處，共威脅1891萬(wàn)人和4431億元財(cái)產(chǎn)的安全。據(jù)自然資源部發(fā)布的《2018年全國(guó)地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情及2019年地質(zhì)災(zāi)害趨勢(shì)預(yù)測(cè)》，2018年全國(guó)共發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害2966起，造成105人死亡、7人失蹤、73人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失14.7億元。2018年全國(guó)共成功預(yù)報(bào)地質(zhì)災(zāi)害496起，避免人員傷亡23560人，避免直接經(jīng)濟(jì)損失9.6億元。從發(fā)布的數(shù)據(jù)分析，目前我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害成功預(yù)報(bào)率僅有16.72%。成功預(yù)報(bào)地質(zhì)災(zāi)害能夠明顯降低人員傷亡和生命財(cái)產(chǎn)損失，因此建立一套能夠?qū)Φ刭|(zhì)災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警的“感、傳、智、用”全業(yè)務(wù)鏈的智能地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)是非常迫切和必要的。

二、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警面臨的挑戰(zhàn)

1. 通信盲區(qū)及傳統(tǒng)通信癱瘓狀態(tài)下的數(shù)據(jù)傳輸

地質(zhì)災(zāi)害作為一種自然現(xiàn)象有其發(fā)育過程，地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的意義就是通過科技手段實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)掌握隱患點(diǎn)上地質(zhì)災(zāi)害的孕育及發(fā)育狀態(tài)，掌握地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)雨量、位移、土壤含水量等關(guān)鍵致災(zāi)因子的數(shù)據(jù)及其變化，能夠及時(shí)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)判和預(yù)警，為地質(zhì)災(zāi)害防治提供響應(yīng)時(shí)間和空間，降低災(zāi)害帶來的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，因此地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警對(duì)實(shí)時(shí)通信的需求非常明確。目前地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的通信手段為傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)?shù)刭|(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)周邊的通信基站也會(huì)面臨破壞，很容易導(dǎo)致通信中斷和癱瘓。另外，還有大部分地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)處于蜂窩網(wǎng)絡(luò)信號(hào)欠佳或者通信盲區(qū)，鑒于北斗短報(bào)文的通信能力和傳輸頻次尚不能滿足地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求，導(dǎo)致這些區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)陷入瓶頸。由此可見，地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的不間斷傳輸是傳統(tǒng)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警面臨的重大挑戰(zhàn)。

2. 海量時(shí)序監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的智能災(zāi)變風(fēng)險(xiǎn)挖掘

地質(zhì)災(zāi)害孕育狀態(tài)主要通過前端物聯(lián)感知體系獲取，包含如位移、土壤含水量、雨量等諸多關(guān)鍵致災(zāi)因子的參數(shù)，這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有非常明顯的海量性、時(shí)序性、連續(xù)性；同時(shí)監(jiān)測(cè)的傳感器大多來源于不同廠家，采用的數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)也有所不同，存在多源、異構(gòu)、跨平臺(tái)的特性，這些問題也造成地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用和管理難題，而地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警主要目的就是從海量的時(shí)序監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中快速識(shí)別出災(zāi)變的風(fēng)險(xiǎn)，為地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警及應(yīng)急響應(yīng)提供寶貴的時(shí)間和空間，這是地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)。

三、“感、傳、智、用”全業(yè)務(wù)鏈智能地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)方案

1. “感、傳、智、用”全業(yè)務(wù)鏈智能地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)業(yè)務(wù)模型

“感、傳、智、用”全業(yè)務(wù)鏈地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)是通過北斗GNSS、雨量計(jì)等物聯(lián)感知設(shè)備采集位移、氣象、環(huán)境等地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)因素的可監(jiān)測(cè)信息，利用以寬帶衛(wèi)星通信為主的多回路雙備份通信機(jī)制和基于多學(xué)科交叉的智能災(zāi)變監(jiān)測(cè)預(yù)警評(píng)估模型，為用戶提供地質(zhì)災(zāi)害事前監(jiān)測(cè)預(yù)警、事中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、事后輔助救援與應(yīng)急服務(wù)的平臺(tái)。系統(tǒng)采用“一個(gè)云平臺(tái)，三項(xiàng)核心技術(shù)”的技術(shù)支撐體系，“一個(gè)云平臺(tái)”即面向用戶的智能北斗高精度地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警云平臺(tái)；“三項(xiàng)核心技術(shù)”分別指：北斗的高精度定位技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)定位和位移監(jiān)測(cè)；多回路雙備份通信技術(shù)可以對(duì)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行全天候不間斷回傳；去中心化開發(fā)技術(shù)是平臺(tái)的軟件開發(fā)采用的區(qū)塊鏈技術(shù)，能夠保障平臺(tái)的可擴(kuò)展性和個(gè)性定制的需求（圖1）。

圖 1 “感、傳、智、用”全業(yè)務(wù)鏈地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)業(yè)務(wù)模型示意圖

2. “感、傳、智、用”全業(yè)務(wù)鏈智能地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)架構(gòu)

鑒于上述問題和挑戰(zhàn)，“感、傳、智、用”全業(yè)務(wù)鏈智能地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)采用五層架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖2所示，分別是地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)感知層、多回路雙備份通信層、數(shù)據(jù)匯集與數(shù)據(jù)處理層、并行業(yè)務(wù)計(jì)算層和面向用戶的應(yīng)用層，為了確保系統(tǒng)穩(wěn)定良好的運(yùn)行，系統(tǒng)采用自學(xué)習(xí)方式進(jìn)行自檢及維護(hù)，具體如下：

（1）地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)感知層

地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)感知層是面向地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)建設(shè)的全維度地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)因素物聯(lián)感知網(wǎng)絡(luò)，通過設(shè)備和儀器監(jiān)測(cè)誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的可以量化的所有信息，為地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警提供數(shù)據(jù)支撐。

（2）多回路雙備份通信層

系統(tǒng)建立了多回路雙備份的通信機(jī)制，利用寬帶衛(wèi)星數(shù)據(jù)集中器實(shí)現(xiàn)了Ka高通量寬帶衛(wèi)星、北斗短報(bào)文、蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、NB-IoT/LoRa的疊加式網(wǎng)絡(luò)通信體系，采用自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接入管理模式，確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸不間斷。

（3）數(shù)據(jù)匯集與數(shù)據(jù)處理層

數(shù)據(jù)匯集與數(shù)據(jù)處理層是實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)全維度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的接入、處理、管理和使用。對(duì)前端接入的多源、異構(gòu)、跨平臺(tái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這些海量數(shù)據(jù)具有多維度多屬性的特點(diǎn)，處理過程具有連續(xù)性、高并發(fā)、多任務(wù)協(xié)同特征及實(shí)時(shí)性，為保障數(shù)據(jù)的規(guī)范和可用性，系統(tǒng)引入高吞吐數(shù)據(jù)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯集、清洗、標(biāo)準(zhǔn)化、存儲(chǔ)及時(shí)空異構(gòu)數(shù)據(jù)深度融合等功能。

（4）并行業(yè)務(wù)計(jì)算層

依據(jù)地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)、預(yù)警和信息發(fā)布的業(yè)務(wù)流程，為滿足極端天氣或者汛期時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集和業(yè)務(wù)計(jì)算頻率提升的要求，系統(tǒng)建立了數(shù)據(jù)并行化處理方法和業(yè)務(wù)并行計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模并發(fā)信息處理、業(yè)務(wù)計(jì)算、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、智能風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估計(jì)算等功能，滿足極端天氣和汛期監(jiān)測(cè)預(yù)警需求。

（5）面向用戶的應(yīng)用層

面向用戶的應(yīng)用層主要用于業(yè)務(wù)應(yīng)用、應(yīng)急指揮、信息訂閱發(fā)布、治理方案輸出、協(xié)同作業(yè)支持等，屬于“感、傳、智、用”全業(yè)務(wù)鏈地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)與用戶的主要接口管理層，能夠解決用戶信息請(qǐng)求和用戶信息獲取的問題，此層通過匯集各種業(yè)務(wù)需求、展示后端結(jié)果完成系統(tǒng)呈現(xiàn)。

（6）系統(tǒng)自檢與維護(hù)

“感、傳、智、用”全業(yè)務(wù)鏈地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)置系統(tǒng)自檢及維護(hù)功能，具有平臺(tái)安全控制和系統(tǒng)自檢機(jī)制，保障系統(tǒng)運(yùn)行。

3. 人工智能地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及災(zāi)變預(yù)警模型

系統(tǒng)采用“一個(gè)隱患點(diǎn)一個(gè)預(yù)警模型”的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及災(zāi)變預(yù)警策略，其中人工智能地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及災(zāi)變預(yù)警模型是北斗微芯院士專家工作站結(jié)合具體地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)工程和規(guī)范開發(fā)。該模型是依據(jù)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來對(duì)其進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和災(zāi)變預(yù)警，主要通過基于大尺度時(shí)序監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的人工智能手段和專用災(zāi)變模型，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)和災(zāi)變進(jìn)行定量、定性分析，并建立如表 1所示風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣，系統(tǒng)采用模糊理論、模糊評(píng)估、灰色理論、灰色關(guān)聯(lián)分析、層次分析法，貝葉斯理論模型等方法對(duì)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

同時(shí)為方便用戶對(duì)災(zāi)變的應(yīng)急響應(yīng)，依據(jù)智能地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警評(píng)估模型和應(yīng)急消防管理法的相關(guān)要求，系統(tǒng)設(shè)置了四級(jí)預(yù)警發(fā)布體系，如表 2所示，分別是紅色預(yù)警、橙色預(yù)警、黃色預(yù)警、藍(lán)色預(yù)警。

為了能夠提升災(zāi)變預(yù)警模型的精準(zhǔn)度，系統(tǒng)為模型設(shè)置了反饋修正功能，依據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)勘察結(jié)論動(dòng)態(tài)修正預(yù)警模型。

4. 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

（1）基于中星十六號(hào)的多回路不間斷通信技術(shù)

為了保證智能地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警能夠全天候?qū)崟r(shí)在線運(yùn)行，在本技術(shù)方案采用多回路不間斷通信鏈路設(shè)計(jì)，由中國(guó)衛(wèi)通集團(tuán)股份有限公司（簡(jiǎn)稱中國(guó)衛(wèi)通）與北斗微芯數(shù)據(jù)科技有限公司（簡(jiǎn)稱北斗微芯）聯(lián)合研發(fā)了寬帶衛(wèi)星數(shù)據(jù)集中器，解決了隱患點(diǎn)數(shù)據(jù)集中、通信盲區(qū)及傳統(tǒng)通信易癱瘓場(chǎng)景通信備份等難題。寬帶衛(wèi)星數(shù)據(jù)集中器融合了基于Ka高通量寬帶衛(wèi)星通信、蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、北斗短報(bào)文及NB-IoT/LoRa等通信技術(shù)，采用自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)接入模式，自主判斷和選擇通信鏈路，當(dāng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)中斷或者癱瘓的情況時(shí)，設(shè)備可以自主切換至寬帶衛(wèi)星通信鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，確保地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的不間斷回傳。

（2）基于北斗衛(wèi)星的高精度位置解算技術(shù)

高精度地表形變及位移是災(zāi)變的重要指標(biāo)，獲取地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)高精度位置變化是能夠提供精確預(yù)警信息的核心關(guān)鍵技術(shù)。

系統(tǒng)提供了基于北斗衛(wèi)星的高精度位置解算技術(shù)，該解算技術(shù)是使用RTK（載波相位差分）技術(shù)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的地表位移進(jìn)行高精度監(jiān)測(cè)，如圖3所示，通過基準(zhǔn)參考站和位移監(jiān)測(cè)站同時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，北斗GNSS基準(zhǔn)站與位移監(jiān)測(cè)站同時(shí)接收北斗衛(wèi)星定位信號(hào)，北斗GNSS基準(zhǔn)站模塊通過內(nèi)部芯片計(jì)算得到差分?jǐn)?shù)據(jù)并通過物聯(lián)網(wǎng)通信模塊（LoRa）將差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸至位移監(jiān)測(cè)站，位移監(jiān)測(cè)站接收到差分?jǐn)?shù)據(jù)后，由北斗GNSS定位芯片進(jìn)行實(shí)時(shí)解算的形變數(shù)據(jù)，精度可以達(dá)毫米級(jí)。

圖 3 基于北斗衛(wèi)星的高精度位置解算及多回路通信工程應(yīng)用示意圖

（3）高并發(fā)災(zāi)變預(yù)警并行業(yè)務(wù)計(jì)算技術(shù)

為了滿足地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)，系統(tǒng)引入高并發(fā)并行業(yè)務(wù)計(jì)算解決方案，采用無共享體系結(jié)構(gòu)和多指令流單數(shù)據(jù)流編程模型，業(yè)務(wù)計(jì)算由調(diào)度節(jié)點(diǎn)和任務(wù)節(jié)點(diǎn)集群完成，圖4為高并發(fā)災(zāi)變預(yù)警并行業(yè)務(wù)計(jì)算流程示意圖。

（4）智能多物理場(chǎng)災(zāi)變?cè)u(píng)估技術(shù)

圖 4 高并發(fā)災(zāi)變預(yù)警并行業(yè)務(wù)計(jì)算流程示意圖

為了提升地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警的精度，系統(tǒng)采用了如圖5所示的多物理場(chǎng)耦合計(jì)算的模式來提升地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警的可靠性，多物理場(chǎng)耦合主要立足工程地質(zhì)條件以及環(huán)境與地質(zhì)條件之間的相互作用，挖掘應(yīng)力場(chǎng)、滲流場(chǎng)、溫度場(chǎng)等多物理場(chǎng)作用下產(chǎn)生的應(yīng)變場(chǎng)，通過應(yīng)變場(chǎng)的獲取時(shí)序檢測(cè)數(shù)據(jù)的變化，為智能地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣提供參數(shù)輸入，并針對(duì)不同隱患點(diǎn)配置災(zāi)變預(yù)警模型，用以精準(zhǔn)掌握地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育狀態(tài)。

圖 5 智能多物理場(chǎng)災(zāi)變耦合計(jì)算示意圖

四、“感、傳、智、用”全業(yè)務(wù)鏈智能地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警的工程應(yīng)用

1. 寧鄉(xiāng)市地質(zhì)災(zāi)害情況及工程建設(shè)背景

2017年7月，湖南省寧鄉(xiāng)市境內(nèi)發(fā)生重大地質(zhì)災(zāi)害，西部9個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)山體滑坡，東部區(qū)域出現(xiàn)洪水漫堤，受災(zāi)人口81.5萬(wàn)，全倒或部分倒塌房屋14000余間，毀損堤壩900多處，13個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)停電，7個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)通訊中斷，因?yàn)?zāi)死亡、意外落水、失聯(lián)人員40余人，地質(zhì)災(zāi)害給當(dāng)?shù)厝嗣袢罕娚?cái)產(chǎn)造成了巨大的損失。湖南省寧鄉(xiāng)市地處湘東偏北的洞庭湖南緣地區(qū)，地形地貌復(fù)雜，西部山區(qū)屬于風(fēng)化花崗巖地區(qū)，遇到強(qiáng)降雨極容易發(fā)生山體滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，東部地區(qū)屬于洞庭湖尾閭地區(qū)，地勢(shì)低洼，河流匯集，是地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)易發(fā)地區(qū)，寧鄉(xiāng)市目前共有在冊(cè)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)400余處，地質(zhì)災(zāi)害總體呈現(xiàn)出點(diǎn)多面廣、威脅巨大的特點(diǎn)。

在“感、傳、智、用”全業(yè)務(wù)鏈智能地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警工程建設(shè)前，寧鄉(xiāng)市的地質(zhì)災(zāi)害主要依靠群測(cè)群防的人工模式，地質(zhì)災(zāi)害防治能力亟待提升，如何建立不間斷的地質(zhì)災(zāi)害信息傳輸鏈路和如何通過海量的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有效挖掘應(yīng)用于指導(dǎo)地質(zhì)災(zāi)害防治業(yè)務(wù)的預(yù)警信息也成為了寧鄉(xiāng)市地質(zhì)災(zāi)害防治部門的難題。立足寧鄉(xiāng)市地質(zhì)災(zāi)害防治的具體情況和實(shí)際需求，中國(guó)衛(wèi)通、北斗微芯及北斗微芯院士專家工作站三方聯(lián)合，針對(duì)寧鄉(xiāng)市地質(zhì)災(zāi)害防治的具體需求，開發(fā)并承建了“感、傳、智、用”全業(yè)務(wù)鏈智能地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。

2. “感、傳、智、用”全業(yè)務(wù)鏈智能地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警的實(shí)施

“感、傳、智、用”全業(yè)務(wù)鏈智能地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)采用如圖6所示的系統(tǒng)部署方案，地質(zhì)災(zāi)害物聯(lián)感知體系部署在地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)上，智能北斗高精度地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警云平臺(tái)部署于地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急指揮中心。

圖 6 全業(yè)務(wù)鏈智能地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)整體部署示意圖

首先是地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的物聯(lián)感知體系的部署。地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)物聯(lián)感知體系的建設(shè)，依據(jù)相關(guān)監(jiān)測(cè)規(guī)范、地形地貌特征和具體地勘數(shù)據(jù)進(jìn)行建設(shè)和部署，如圖7所示，物聯(lián)感知體系的部署主要包含方格形、三角形和任意形三種部署方式，不同的地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)建設(shè)方案不同，建設(shè)過程需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查，并針對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)單獨(dú)編制建設(shè)方案。

圖 7 地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)監(jiān)測(cè)站部署示意圖

其次是地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急指揮中心的部署。智能北斗高精度地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警云平臺(tái)部署于應(yīng)急指揮中心，用于接收地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警評(píng)估模型和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣為用戶輸出地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)變風(fēng)險(xiǎn)及等級(jí)預(yù)警，最終通過應(yīng)急指揮中心發(fā)布和管理地質(zhì)災(zāi)害防治工作。

3. “感、傳、智、用”全業(yè)務(wù)鏈智能地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警工程應(yīng)用效果

由中國(guó)衛(wèi)通和北斗微芯聯(lián)合建設(shè)的“感、傳、智、用”全業(yè)務(wù)鏈智能地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)示范工程，目前已經(jīng)成功在湖南省寧鄉(xiāng)市90個(gè)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)上進(jìn)行工程應(yīng)用（圖8），該系統(tǒng)自上線以來多次為當(dāng)?shù)靥峁┚珳?zhǔn)的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警信息，取得了顯著的效果。

圖8 “感、傳、智、用”全業(yè)務(wù)鏈智能地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)寧鄉(xiāng)項(xiàng)目

（1）系統(tǒng)災(zāi)變預(yù)警效果顯著

以寧鄉(xiāng)市橫市鎮(zhèn)界頭村（東經(jīng)112.17527°，北緯28.237605°）的地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)為例，2019年3月初，系統(tǒng)通過北斗/GNSS監(jiān)測(cè)到隱患點(diǎn)有蠕滑現(xiàn)象，累積位移逐漸增大，經(jīng)人工智能地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及災(zāi)變模型分析以及現(xiàn)場(chǎng)復(fù)查情況，發(fā)布該隱患點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害黃色警報(bào)。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，如圖9和圖10所示，01號(hào)隱患點(diǎn)位于擋墻下方，斜坡為殘坡積土和棄填土，出現(xiàn)的裂縫位于擋墻下側(cè)測(cè)點(diǎn)附近，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)該處擋墻下方位移加速屬局部滑動(dòng)前兆，土體滑動(dòng)后可能牽引擋墻變形開裂，存在安全隱患，需臨時(shí)疏散群眾。

圖 9 橫市鎮(zhèn)界頭村金礦組01號(hào)滑坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖

圖 10 橫市鎮(zhèn)界頭村金礦組01號(hào)隱患點(diǎn)監(jiān)測(cè)站及位移變化趨勢(shì)

現(xiàn)場(chǎng)勘察，如圖11和圖12所示，02號(hào)滑坡體為軟質(zhì)巖石，蠕動(dòng)變形，據(jù)宏觀跡象和數(shù)據(jù)判斷，滑坡體呈北偏東方向滑移，處于勻速變形階段，有加速趨勢(shì)，滑坡前緣出現(xiàn)裂縫，呈牽引式趨勢(shì)，災(zāi)變風(fēng)險(xiǎn)加大。

圖 11 橫市鎮(zhèn)界頭村金礦組02號(hào)滑坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖

圖 12 橫市鎮(zhèn)界頭村金礦組02號(hào)監(jiān)測(cè)站及位移變化趨勢(shì)

（2）融合式技術(shù)創(chuàng)新降本增效

系統(tǒng)的建設(shè)采用跨界融合的模式，綜合應(yīng)用北斗導(dǎo)航衛(wèi)星、中星十六號(hào)衛(wèi)星和遙感衛(wèi)星等，在工程實(shí)踐過程創(chuàng)新諸多應(yīng)用。如寬帶衛(wèi)星數(shù)據(jù)集中器的應(yīng)用，大幅降低了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)模式的中間設(shè)備，在提升地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警效果的同時(shí)有效降低了地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的成本，低成本高可靠的普適性推廣效果明顯。

經(jīng)過工程實(shí)際應(yīng)用證明，建立全業(yè)務(wù)鏈的智能地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警體系可以為科學(xué)技術(shù)部門和專業(yè)管理部門提供有效的支撐手段，也能夠促進(jìn)管理部門地質(zhì)災(zāi)害防治能力的提升。

五、總結(jié)與展望

“感、傳、智、用”全業(yè)務(wù)鏈智能地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)是典型的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星、中星十六號(hào)通信衛(wèi)星等航天科技的工程應(yīng)用，能夠?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害等安全監(jiān)測(cè)提供更為先進(jìn)的技術(shù)手段；同時(shí)“感、傳、智、用”全業(yè)務(wù)鏈智能地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)也是地質(zhì)科學(xué)、信息科學(xué)、工程科學(xué)等跨學(xué)科專業(yè)融合的工程應(yīng)用，能夠?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警及應(yīng)急響應(yīng)提供更加科學(xué)的決策依據(jù)；通過工程實(shí)踐證明，航天技術(shù)能夠給地質(zhì)災(zāi)害等領(lǐng)域帶來低成本、高可靠的系統(tǒng)性行業(yè)解決方案，普適性強(qiáng)，具有極大的推廣價(jià)值。