基于多源信息融合的地质灾害与病损工程监测及预警系统

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1、基于多源信息融合的地质灾害与病损工程监测及预警系统 长 安 大 学 测 绘 与 空 间 信 息 研 究 所 北 斗 天 恒 （ 西 安 ） 科 技 发 展 有 限 公 司 南 京 科 博 空 间 信 息 科 技 有 限 公 司 二 零 一 六 年 九 月 姚佩超 杨志强 等 系统研究背景 一 系统总体设计 二 系统软件介绍 三 系统应用案例 四 系统研究背景 一 研究背景 滑坡灾害 尾矿库灾害 大桥变形 地裂缝 坝体变形 开采沉陷 我国是一个灾害频发国家之一，其中因变形引起的灾害尤为严重，诸如滑坡、地我国是一个灾害频发国家之一，其中因变形引起的灾害尤为严重，诸如滑坡、地 裂缝、大型建筑物、矿区

2、开采沉陷等变形灾害，裂缝、大型建筑物、矿区开采沉陷等变形灾害，造成重大的人员伤亡与财产损失。造成重大的人员伤亡与财产损失。 研究背景 山阳县“812”特 大型滑坡灾害现场 富宁县“822” 大 型滑坡灾害现场 丽水市“1113” 特 大型滑坡灾害现场 贵阳市“520”特 大型滑坡灾害现场 20152015年全国共发生地质灾害年全国共发生地质灾害82248224起，共造成起，共造成229229人死亡，人死亡，5858人失踪，人失踪，138138人受伤，人受伤， 直接经济损失直接经济损失24.924.9亿元。亿元。 2015年全国重大滑坡地质案例人员伤亡及经济损失状况 事故事故 时间时间 人员伤亡

3、（人）人员伤亡（人） 经济损失（万元）经济损失（万元） 贵阳市“5.20”滑坡 5月20日11时29分 16人死亡 5000 山阳县“8.12”滑坡 8月12日0时30分 65人死亡 富宁县“8.22”滑坡 8月22日18时30分 12人死亡 丽水市“11.13”滑坡 11月13日10时50分 38人死亡 （数据来源：国土资源部）（数据来源：国土资源部） 研究背景 铁路断裂 桥梁断裂 地铁塌陷 截至截至20142014年底，全国铁路营业里程已达年底，全国铁路营业里程已达11.211.2万公里，万公里， 其中高铁其中高铁1.61.6万公里万公里，年发送旅客，年发送旅客23.223.2亿人次亿人次

4、。十三五期。十三五期 间，国家拟新建线路间，国家拟新建线路2.32.3万公里，总投资约万公里，总投资约2.82.8万亿。万亿。 截至截至20142014年末，全国已有年末，全国已有2222个城市个城市建成并运营轨道交建成并运营轨道交 通线路通线路101101条条，运营里程，运营里程31553155公里公里。预计到。预计到20202020年年，我国，我国 城市轨道交通累计营业里程将达到城市轨道交通累计营业里程将达到73957395公里公里。 截至截至20152015年末，全国共有中小桥梁年末，全国共有中小桥梁660000660000座座，大桥，大桥 6767767677座座，特大桥梁，特大桥梁3

5、0753075座座。 研究背景 煤矿开采造成地面沉陷 截至截至20152015年底，全国共有煤矿年底，全国共有煤矿1.081.08万处万处，其中特大型煤矿，其中特大型煤矿10501050处。处。 截至截至20092009年底，全国共有年底，全国共有1252312523座座尾矿库，其中危库、险库和病库为尾矿库，其中危库、险库和病库为20982098座座， 普遍存在浸润线过高、调洪库容不够、坝体裂缝现象严重、坝体安全观测设施不普遍存在浸润线过高、调洪库容不够、坝体裂缝现象严重、坝体安全观测设施不健全等重大安全与环保隐患。健全等重大安全与环保隐患。 中国中国20082008年年30m30m以上的已建

6、在建大坝共有以上的已建在建大坝共有51915191座座，其中，其中100m100m以上以上142142座座。20082008 年坝高超过年坝高超过100m100m以上的坝按坝型分，面板堆石坝以上的坝按坝型分，面板堆石坝4545座座，碾压混凝土坝，碾压混凝土坝2929座，座，一般一般 重力坝重力坝2020座，座，一般拱坝一般拱坝2424座，座，一般土石坝一般土石坝2424座。座。 水库大坝变形监测 尾矿库危害 研究背景 变形灾害危害巨大，每年都造成巨大的人员伤亡与财产损失，如何实现对变形变形灾害危害巨大，每年都造成巨大的人员伤亡与财产损失，如何实现对变形 灾害的时候监测与预警已刻不容缓！灾害的时

7、候监测与预警已刻不容缓！ 长安大学测绘与空间信息研究所联合多家单位，研制了长安大学测绘与空间信息研究所联合多家单位，研制了基于多源信息融合的地基于多源信息融合的地 质灾害与病损工程监测及预警系统。质灾害与病损工程监测及预警系统。 基于多源信息融合的地质灾害与病损工程监测及预警系统基于多源信息融合的地质灾害与病损工程监测及预警系统 基 于 系统理念：北斗+传感器+多视角变形分析模型+云服务+大数据 全球卫星导航系统 传感器 多视角分析模型 云计算与大数据云计算与大数据 系统总体设计 二 系统总体设计 基于多源信息融合的灾害变形监测与预警系统由基于多源信息融合的灾害变形监测与预警系统由监测子系统，

8、数据中心子系监测子系统，数据中心子系统、基准子系统和用户子系统组成。统、基准子系统和用户子系统组成。 系统特点：系统特点： 将将GNSSGNSS技术与传感器技术集成，实现对变形灾害的全天候、全天时、高精度、技术与传感器技术集成，实现对变形灾害的全天候、全天时、高精度、自动化的监测；自动化的监测； 系统采集数据源的多样性，利用系统采集数据源的多样性，利用GNSSGNSS及多种传感器，实现地表及内部、气象及多种传感器，实现地表及内部、气象环境等多要素的实时采样；环境等多要素的实时采样； 系统从系统从多视角定量研究变形信息多视角定量研究变形信息，将变形信息分割成，将变形信息分割成板块运动、开采位移、

9、板块运动、开采位移、局部变形局部变形等，定量研究不同变形因素的变形量；等，定量研究不同变形因素的变形量； 系统兼容双频及单频系统兼容双频及单频GNSSGNSS接收机，各子系统采用模块化定制，降低系统运营接收机，各子系统采用模块化定制，降低系统运营成本；成本； 系统采用云服务的建设理念，提供个性化的定制服务，满足不同用户的个性系统采用云服务的建设理念，提供个性化的定制服务，满足不同用户的个性需求。需求。 系统总体设计 防雷防雷供电供电电缆电缆 传输传输数据采集箱数据采集箱GPRSGPRS、3 3G G、 4 4G G天线天线避雷针避雷针太阳能太阳能 电池板电池板监测与预警软件监测与预警软件数据中

10、心服务器数据中心服务器管理单位管理单位上级领导上级领导电脑端电脑端手机端手机端打印设备打印设备报表报表报警器报警器、邮件邮件、短信短信通信通信 链路链路通信通信 链路链路采集终端采集终端自建基准站自建基准站利用现有利用现有CORSCORS站站监 测 子 系 统监 测 子 系 统数 据 中 心 子 系 统数 据 中 心 子 系 统基 准 站 子 系 统基 准 站 子 系 统客 户 端 子 系 统客 户 端 子 系 统系统总体设计 基于多源信息融合的灾害变形监测与预警系统由基于多源信息融合的灾害变形监测与预警系统由监测子系统，数据中心子系监测子系统，数据中心子系统、基准子系统和用户子系统组成。统、

11、基准子系统和用户子系统组成。 系统特点：系统特点： 将将GNSSGNSS技术与传感器技术集成，实现对变形灾害的全天候、全天时、高精度、技术与传感器技术集成，实现对变形灾害的全天候、全天时、高精度、自动化的监测；自动化的监测； 系统采集数据源的多样性，利用系统采集数据源的多样性，利用GNSSGNSS及多种传感器，实现地表及内部、气象及多种传感器，实现地表及内部、气象环境等多要素的实时采样；环境等多要素的实时采样； 系统从系统从多视角定量研究变形信息多视角定量研究变形信息，将变形信息分割成，将变形信息分割成板块运动、开采位移、板块运动、开采位移、局部变形局部变形等，定量研究不同变形因素的变形量；等

12、，定量研究不同变形因素的变形量； 系统兼容双频及单频系统兼容双频及单频GNSSGNSS接收机，各子系统采用模块化定制，降低系统运营接收机，各子系统采用模块化定制，降低系统运营成本；成本； 系统采用云服务的建设理念，提供个性化的定制服务，满足不同用户的个性系统采用云服务的建设理念，提供个性化的定制服务，满足不同用户的个性需求。需求。 1、基准子系统 避雷针避雷针太阳能太阳能 电池板电池板自建基准站自建基准站利用现有利用现有CORSCORS站站基 准 站 子 系 统基 准 站 子 系 统主要功能：主要功能： 实时跟踪、采集、传输、存储实时跟踪、采集、传输、存储GNSSGNSS卫星数据，为卫星数据，

13、为GNSSGNSS监监 测站提供差分改正数据；测站提供差分改正数据； 为监测站变形分析提供参照基准。为监测站变形分析提供参照基准。 系统组成：系统组成： 主要由主要由CORSCORS专用接收机、专用接收机、 CORSCORS专用天线、专用天线、 UPSUPS电源、电源、 馈线、避雷针、馈线避雷器、电源避雷器、可调节对中盘、馈线、避雷针、馈线避雷器、电源避雷器、可调节对中盘、 太阳能电池板等软硬件组成。太阳能电池板等软硬件组成。 GNSS接收机 GNSS天线 强制对中盘 避雷器 UPS 3G模块 2、监测子系统 防雷防雷供电供电电缆电缆 传输传输数据采集箱数据采集箱GPRSGPRS、3 3G G

14、、 4 4G G天线天线采集终端采集终端监 测 子 系 统监 测 子 系 统主要功能：主要功能： 实时跟踪、采集、传输、存储实时跟踪、采集、传输、存储GNSSGNSS卫星数据；卫星数据；实时接收数据中心子系统提供的差分数据，实实时接收数据中心子系统提供的差分数据，实 现网络现网络RTKRTK，并将结算结果上传至数据中心；，并将结算结果上传至数据中心； 实时采集雨量、内部位移等多种类型的传感器实时采集雨量、内部位移等多种类型的传感器 数据并上传至数据中心；数据并上传至数据中心； 利用摄像功能，实现对滑坡体的可视化监测。利用摄像功能，实现对滑坡体的可视化监测。 系统组成：系统组成： GNSSGNS

15、S接收机、土壤湿度传感器、岩土力学传感接收机、土壤湿度传感器、岩土力学传感 器、应力应变传感器、雨量传感器、摄像头等多种器、应力应变传感器、雨量传感器、摄像头等多种 传感设备。传感设备。 岩土传感器 雨量计 应力应变计 摄像头 3、数据中心子系统 监测与预警软件监测与预警软件数据中心服务器数据中心服务器报警器报警器、邮件邮件、短信短信数 据 中 心 子 系 统数 据 中 心 子 系 统主要功能：主要功能： 监测、记录监测、记录GNSSGNSS基准站、监测站的工作状态；基准站、监测站的工作状态； 接收、接收、 存贮基准站和监测站传输的数据，并向监测站提供差存贮基准站和监测站传输的数据，并向监测站

16、提供差 分改正数据；分改正数据； 实时对监测数据进行处理、分析与预测，并实时对监测数据进行处理、分析与预测，并 及时发布滑坡体预警信息；及时发布滑坡体预警信息； 按照一定格式自动生成数据文件，并以报告、表、图按照一定格式自动生成数据文件，并以报告、表、图 件等形式输出；件等形式输出； 远程控制远程控制GNSSGNSS接收机，实现各种远程配置。接收机，实现各种远程配置。 系统组成：系统组成： 塔式服务器、显示器、路由器、防火墙、塔式服务器、显示器、路由器、防火墙、 UPSUPS电源、电源、 显示器、滑坡地质灾害监测与预警软件等软硬件组成。显示器、滑坡地质灾害监测与预警软件等软硬件组成。 机柜 服务器 磁盘阵列 防火墙 4、用户子系统 主要功能：主要功能： 实时监测变形体的位移、降水量等信息；实时监测变形体的位移、降水量等信