GNSS天线阵列接收机与无线传感器网络在灾害监测中的集成方法研究

主要讨论如何将GPS、GLONASS和Galileo系统集成到天线阵列接收机中,如何与无线传感器网络集成,实现数据传输的自动化,并利用无线传感器网络自组网、自适应等特点,实现节点定位,将GNSS天线阵列接收机的几何监测功能与传感器的物理监测功能结合起来,实现地面/地下、几何/物理的三维立体自动化监测。     

基于新型智慧城市视角的地质灾害监测——以广州市为例

新型智慧城市建设为广州地质灾害监测提供了新机遇、新思路。笔者结合近年来地灾监测的科学研究和工程实践,从感知、调度、共治的角度浅谈对于广州地灾监测的一些思考。感知方面：广州市地貌结构复杂,北部丘陵台地作为地灾易发区,建议构建重点区域天-空-地三查体系,及时识别潜在风险源。预警调度：广州市地灾的发生与降雨有很强的时间相关性和空间耦合性,建议在广州市雨窝、降雨集中区构建精细化气象预警网格,提高监测预警精准度;针对地灾监测预警存在的重监测、轻预警现象,建议构建基于数据-知识双驱动的预警模型,实现高精度可解释的地灾预测建模;针对疑难边坡,建立专家研判系统,实现精准“把脉”,精准“治疗”。共建共治：加强跨部门跨层级合作,加强新建工程项目地灾评估,消减地灾存量,控制地灾增量。     

多传感器集成的体视化形变监测模型研究

采用地面合成孔径雷达干涉测量(GB-SAR)、三维激光扫描、数码相机、GNSS和无线传感器网络等多种传感器集成技术,设计集成角反射器、紧凑有源转发器、GNSS接收机天线和物理传感器的专用目标特征点装置,将其布设在监测对象表面,自动获取监测对象的空间信息和内部物理状态信息,对GB-SAR雷达干涉测量数据算法进行探讨,在此基础上研究地基雷达干涉影像,将监测对象表面三维模型和内部物理状态模型进行融合,建立体视化形变监测模型的算法,从而实现在模型上对任意兴趣点形变信息进行自动提取和分析。     

舟曲县城区灾后重建地质灾害监测预警及治理工程

为了将舟曲"8.8"特大泥石流灾后地形地貌、灾后重建地质灾害监测预警及治理工程直观展现及其数据的更新与传输进行有效管理,本文在利用三维GIS技术、虚拟现实技术、三维空间数据库技术和遥感技术的基础上,基于Skyline平台开发出舟曲县城区灾后重建地质灾害监测预警及治理工程三维可视化系统,系统实现了多源数据融合、查询、三维显示及数据管理等,为舟曲县灾后重建、防灾减灾提供了技术支撑。     

地质灾害实时监测与预警系统的设计与实现

地质灾害时刻威胁人民的生命与财产安全,因此实现对灾害的实时监测与预警十分必要。本文所开发的地质灾害实时监测与预警系统针对滑坡灾害发生特点,综合运用GNSS技术、传感器技术、现代通信及计算机等先进技术,实现了对地质灾害体全天候、全方位、高精度、自动化的实时监测与预警。结合多年开发与研究的成果,主要从系统总体设计、各功能模块、数据存储方式、数据中心软件设计与实现、系统关键技术等方面进行了介绍。该系统已用于铁路路基变形及矿区灾害监测与预警,取得了良好的效果。     

利用GNSS天线阵列与无线传感器网络的变形分析与预报系统研制

将GNSS天线阵列技术与无线传感器技术结合起来应用于变形监测,不仅实现了无人值守和自动化监测,还解决了系统传输距离受限、运行成本过高的问题。探讨了GNSS天线阵列接收机与无线传感器网络在变形监测数据采集中的集成方法,建立两者集成的物理模型,开发了一种变形分析与预报系统,并利用实测数据对该系统进行测试。     

地质灾害监测数据综合处理与分析

地质灾害防治是通过大量的监测数据预测灾害变形趋势乃至预报灾害发生时间,其结果将为地质监测管理决策人员提供辅助支持,保障地质灾害监测预警工作顺利进行.分析了提高地灾监测数据综合分析和预测预报能力的必要性,基于数据质量分析、相关性分析、位移矢量图、切线角法预警预报等综合处理与分析技术,结合巫山县地质灾害监测预警示范站地质灾害业务信息和地灾监测数据的特点,阐述了数据综合处理与分析的关键技术及其在地灾防治管理系统的应用,为地灾防治综合地质调查提供了信息化、网络化、标准化、科学化的管理手段.     

基于SDR的GNSS接收机原理可视化教学平台

针对GNSS原理教学中,GNSS接收机原理部分缺乏直观的教学演示,提出了一种基于SDR的GNSS接收机原理可视化教学平台。通过这个平台,将封闭在硬件中的GNSS接收机实现方法直观地展现给学生,使学生加深了对GNSS接收机原理的认识。     

低成本高精度定位技术研究进展

智能手机等低成本接收机的飞速发展,使得连续性、完好性、高精度成为其新的定位需求。GNSS接收机的高精度定位在智能交通、增强现实、变形监测、精密农业等众多领域都有重要应用;而在低成本GNSS接收机中,厘米级定位技术却没有得到广泛的应用。实现低成本终端的高精度定位受其接收机信号处理能力,以及由天线性能引起的相位中心误差、多径误差等问题的制约。通过天线运动方式实现定位精度的提高也为定位成本降低带来了新的契机。本文重点研究了如何实现高精度定位技术在低成本接收机中的应用,总结现有的高精度定位技术,对低成本接收机所面临的问题进行分析,展开低价高精度定位解决方案的讨论;最后,基于现有的国内外研究成果展望未来低成本高精度定位的研究趋势。     

地质灾害在线监测预警系统的设计与实现

地质灾害预防关系民生安全,综合运用大数据物联网平台技术、GIS三维空间技术及GNSS等先进技术方法,建设自动化预警平台,实现对地质灾害隐患点的远程高精度监测,分析地质灾害发展趋势,为有效避险提供了科学依据,最大限度地减轻或避免地质灾害对人民群众生命财产安全的影响.本文结合实际建设应用,主要从系统建设关键因素、系统总体设计、系统功能设计与实现等方面进行了介绍,该系统已用于某地质灾害隐患点的监测中,取得了较好的效果.     

高精度时空信息崩滑坡灾害监测技术

我国部分地区地质灾害爆发频率高,多年来崩滑坡、泥石流等高危险性地质灾害严重威胁我国人民财产与生命安全。因此,地质灾害及时预警一直是我国在应急方面亟待解决的难题。随着北斗、GPS等全球卫星导航系统的建设组网,GNSS技术逐渐成为当前提供时空位置信息的重要手段,具有数据实时性、设备低功耗、搭建便捷化等特性,成为解决地质灾害监测与预警的理想技术手段。本文利用BDS+GPS+GLONASS时空信息数据,构建了面向地质灾害监测的中长基线毫米级精度的崩滑坡监测解算方法,确定了双差观测的载波相位解算模型。最后在重庆新浦区域展开试验应用,实现了基于高精度时空信息的毫米级滑坡灾害的监测与预警。为预计该区域的地质灾害提供了数据支持,为人民的生产生活提供了技术保障。     

“轻终端+行业云”的实时北斗滑坡监测技术

对滑坡区域进行地表高精度实时三维变形监测,是实现滑坡灾害精准预警的前提。GNSS技术是目前唯一直接获取滑坡灾害实时地表三维矢量变形的手段,但GNSS应用于大范围滑坡监测存在成本高和计算能力差两大问题。本文采用物联网思维,以"云+端"的设计理念,自主研发了千元级小型化实时北斗/GNSS监测技术装备,并研制了毫米级实时监测预警云平台,成果成功应用于甘肃黑方台滑坡实时监测预警。联合成都理工大学预警系统提前40 min发出了准确预警信号,避免了人员伤亡和财产损失。安装在滑坡体上的远程视频监控首次近距离记录了滑坡灾害发生的全过程。     

地质灾害监测预警中的精密空间对地观测技术

21世纪以来,随着世界环境恶化和人类活动剧烈,地质灾害呈现频发态势,精密对地观测技术成为其监测预警的重要手段。本文首先介绍了常见地质灾害特点和监测方法,并对InSAR、LiDAR、高分遥感和GNSS 4种技术在地质灾害监测预警中的技术特点及应用进行了阐述,其次对高精度空间监测技术融合进行了综述和展望,最后对未来地质灾害监测预警技术趋势进行了总结。     

GNSS滑坡监测预警技术进展

滑坡灾害在全球广泛分布,严重影响人类活动和人居安全。全球卫星导航系统(GNSS)已经被广泛应用于滑坡灾害监测预警工作,但其在复杂场景监测预警中依然存在诸多技术瓶颈。本文首先综述了GNSS硬件数据采集、软件数据处理和多源融合监测等方面的研究进展,重点分析了各类GNSS滑坡监测技术优势、适用范围和存在问题;然后,从滑坡位移预测、临滑时间预报和预警实施等方面介绍了GNSS滑坡预警的技术方法;最后,在梳理复杂场景GNSS实时滑坡监测预警中面临挑战的基础上,对GNSS滑坡监测预警技术的发展趋势和研究方向提出了一些思路。     

基于LWR-Pettitt算法的GNSS变形信息的识别与预警

针对GNSS变形监测的数据通常无特定的分布特性,不利于建立具有普遍性的统计量,本文引入非参数检验中的Pettitt检验方法建立统计量,进行GNSS监测序列中变形信息的识别与预警。同时,针对Pettitt检验方法中存在统计量振幅波动较大,并且只能识别单个变形信息的问题,基于局部加权回归法LWR,对Pettitt检验中统计量与阈值判断方法进行优化,提出一种新的LWR-Pettitt算法,并用于GNSS变形信息识别与预警。试验结果表明,对于不同的测试数据,新方法均可有效地识别变形信息的发生位置,特别对于趋势型变形;而对于突变型变形,新方法可有效地识别2倍标准差以上的连续变形信息。     

无人机摄影测量技术在阿娘寨滑坡应急调查中的应用

无人机摄影测量技术具有数据获取效率高、响应速度快、成果丰富多样等优势,逐步应用于地质灾害应急调查中。2020年6月18日阿娘寨滑坡复活后,采用无人机摄影测量技术进行应急调查。首先,通过检查点验证了无人机免像控摄影测量技术的可行性,总结性研究了无人机影像数据快速拼接和全面处理的软件选取,生成了调查区三维实景模型、数字表面模型(DSM)、正射影像(DOM)及密集点云等基础数据;最后对基础数据处理分析,完成了滑坡地形快速测绘、滑坡特征调查等工作,并对多期次的高精度无人机摄影测量数据进行差分计算,识别了滑坡形变较大的区域,定量表征了滑坡的形变特征,为监测仪器的选位提供了指导。滑坡体上GNSS监测的最大累计形变可达16m,将现场布设的专业监测设备的数据接入地质灾害实时监测预警系统中,有效保证了灾害防治工程的顺利实施。     

北斗在地壳形变监测中的应用进展

北斗卫星导航系统(BDS)于2020年建成并开始向全球提供服务。如何提高其在防灾减灾领域的应用是目前关注的焦点。本文梳理了国内外采用BDS数据开展地壳形变(包括同震和震间形变获取)研究的现状,总结了BDS数据的定位精度,归纳出基于BDS数据的地壳形变监测需要进一步解决、有待拓展的关键问题:①扩展GNSS地壳形变监测的内涵,采用GPS与BDS双模或多模算法提高形变解算精度;②开展BDS实时形变监测在地质灾害早期识别中的应用;③开发、发布相关数据处理算法与软件系统,切实推进BDS在高精度地壳形变监测领域的应用。     

国情监测数字调绘核查系统的研发与应用

根据地理国情监测项目需求,我单位自主独立研发了一套多功能模块的国情监测数字调绘核查系统。核查系统包括：用户管理、空间定位、数据浏览、数据编辑、样本采集（实景获取功能）、通信、数据转换（输入输出模块）等功能模块。该系统在国情监测项目生产实施中已推广应用,并很好地提高了作业效率,节省了生产成本,保证了质量,目前正在1∶50000动态更新项目和省基础测绘项目加以推广。本文主要介绍该系统的研发和应用过程。     

顾及运动状态改正的GNSS滑坡监测基准站切换方法

实时相对定位技术已广泛应用于高精度实时滑坡监测,其高精度定位依赖于连续稳定的基准站数据。然而基准站数据由于供电、通信等原因时常发生中断,严重影响滑坡监测结果的连续性和可靠性。本文提出顾及运动状态改正的GNSS滑坡监测基准站切换方法,首先根据待切换新基准站长期监测时间序列确定其运动状态,然后基于滑坡体变形演化规律,结合运动状态建立新基准站位移模型并定期对模型检核,最后根据新基准位移对各监测点位移进行修正。该方法成功应用于甘肃黑方台滑坡监测基准站切换,且改正后各监测站位移与真实变形接近。以改进型切线角作为滑坡预警判据,使用改正前后的监测位移-时间序列进行预警,预警结果表明,不进行改正可能导致预警的误判。本文方法针对基准站数据中断问题,通过切换新基准并对基准误差进行修正以获取连续可靠的滑坡监测序列,保障了滑坡监测的连续性和预警的及时性。     

地质灾害预警预报技术创新与应用

基于物联网技术的广西地质灾害预警预报系统,结合了轻量化模型技术、Spark空间大数据处理技术、神经网络学习算法等新技术,解决了广西地质灾害监测网络不够完善、智能化水平不高等问题。系统通过3 a运行取得了良好的效果,对于提高突发地质灾害监测预警能力具有重大创新意义。