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1、 目录1. 地质灾害概述32. 建立搜救通信体系的必要性43. 地质灾害搜救通信体系43.1 地质灾害监测预警通信仪器43.1.1 无线传感器网络监测预警系统53.2 地质灾害灾情评估通信仪器63.2.1 地理信息系统63.2.2 日本卫星系统83.2.2.1 日本准天顶”卫星系统83.2.3 北斗卫星系统93.2.4 海事卫星通信系统123.2.4.1 海事卫星通信系统组成123.2.5 “资源一号”卫星133.2.5.1 搭载设备133.2.5.2 设计方案133.2.6 无人机航空影像及遥感影像数据一体化测图系统PIXELGRID163.2.6.1 PIXELGRID系统的构成163.3
2、 地质灾害搜救人员、物质协调通信仪器193.3.1 海事卫星电话193.3.2 小型移动应急平台193.3.3 移动基站203.3.4 基于Zig Bee技术的搜救通信系统213.3.4.1 所需的通信设施： 微处理器、RF收发器和天线213.3.4.2 Zig Bee的搜救原理223.3.4.3 Zig Bee总体模型233.4 地质灾害搜救通信仪器233.4.1 生命探测仪233.4.1.1 雷达生命探测系统243.4.1.2 雷达生命探测系统的总体设计254. 案例分析274.1 舟曲泥石流概况274.2舟曲泥石流通信概况274.3 灾情评估274.3.1 日本卫星系统274.3.2 无
3、人机航空影像及遥感影像数据一体化测图系统PIXELGRID294.3.3 海事卫星通信系统304.3.4 北斗卫星系统304.4 搜救人员、物质的协调314.4.1 海事卫星电话324.4.2 小型移动应急平台324.4.3 移动基站344.5 搜救灾民354.5.1 雷达生命探测系统354.6 灾害搜救视频35 地质灾害搜救通信体系1. 地质灾害概述地质灾害简称地灾。以地质动力活动或地质环境异常变化为主要成因的自然灾害。在地球内动力、外动力或人为地质动力作用下,地球发生异常能量释放、物质运动、岩土体变形位移以及环境异常变化等,危害人类生命财产、生活与经济活动或破坏人类赖以生存与发展的资源、环
4、境的现象或过程。不良地质现象通常叫做地质灾害，是指自然地质作用和人类活动造成的恶化地质环境，降低了环境质量，直接或间接危害人类安全，并给社会和经济建设造成损失的地质事件。地质灾害的分类，有不同的角度与标准，十分复杂，就其地质环境或地质体变化的速度而言，可分突发性地质灾害与缓变性地质灾害两大类。前者如崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝、地面塌陷、崩塌和泥石流、地裂缝，即习惯上的狭义地质灾害；后者如水土流失、土地沙漠化等，又称环境地质灾害。在这里我们主要讨论的是突发性地质灾害中的崩塌、泥石流的搜救通信体系。崩塌：是指较陡的斜坡上的岩土体在重力的作用下突然脱离母体崩落、滚动堆积在坡脚的地质现象。 泥石流：是
5、山区特有的一种自然现象。它是由于降水而形成的一种带大量泥沙、石块等固体物质条件的特殊洪流。斜坡的局部稳定性受破坏，在重力作用下，岩体或其他碎屑沿一个或多个破裂滑动面向下做整体滑动的过程与现象。2. 建立搜救通信体系的必要性 破坏性的泥石流、滑坡和崩塌所造成的社会灾害损失越来越严重，科技的发展，技术的进步，能让人们能在泥石流、滑坡和崩塌发生后比以往更快的速度到达灾区进行救援，减少社会财产的损失和挽救更多的生命。通常在泥石流、滑坡和崩塌发生后， 如果我们尽快的估计灾区的灾情分布 、以及损失分布情况等其他信息，就能为救援人员提供信息参考和决策依据。因此，建立行之有效的搜救通信体系是十分有必要的。3.
6、 地质灾害搜救通信体系3.1 地质灾害监测预警通信仪器3.1.1 无线传感器网络监测预警系统 以无线传感器网络为基础建立山体滑坡预警监测系统，主要由数据采集模块，GPRS(General Packet Radio Service)N关模块，服务器和手机组成。连接传感器的普通节点将收集的观测数据传给汇聚节点后，通过不同的AT指令控制GPRS模块经Internet传给有关部门的服务器或者经GSM网络传到居民手机。滑坡监测预警系统结构如下图11所示。 为了能将监测信息准确、可靠的采集和及时传给监测区域的居民并让他们知晓预警信息，本文开展了以下工作，具体流程如图12所示。1监测数据的采集、测试和传输：
7、以山体运动位移为测量信息，在掌握CC2430213工作原理的基础上，将WXY30t221拉绳式位移传感器与普通节点接口连接，应用程序普通节点对位移数据进行采集并传输到汇聚节点，首先汇聚节点直接与PC机进行串口通信来测试位移数据，确认功能正常后，位移数据经汇聚节点上的GPRS模块，通过移动网络或Internet传到居民手机或远程终端中心服务器。2数据的管理： 通过对GSM系统手机短信息业务和滑坡区可能出现人员情况的分析，监测区常驻居民以点对点短信息方式将消息传达，接着通过对手机短信息应用程序进行了适合实际需要的开发，包括了通过对手机系统监听实现指定号码判断和短消息优先显示、语音朗读短信息、数据的
8、图形走势化显示，使得常驻居民可以及时的、直观的知晓预警消息，对于外来人员和不常在区域的居民通过小区广播的方式将消息传达。3信息知晓率的优化：服务器根据居民知晓短信息的反馈情况指派人员去通知没有反馈的居民来提高预警信息传达率，对无线传感器分簇算法中簇首选取的方法【23粕1和多属性决策问题中的赋权法27。29】进行分析的基础上，结合本地居民传达消息的特性提出一种以权值为基础的人员选取算法，使用主客观赋权法确定权值因子的值，并且建立数学模型来验证算法可行性。3.2 地质灾害灾情评估通信仪器3.2.1 地理信息系统 地理信息系统(简称GIS)是以地理信息为研究对象，由计算机硬件、软件和不同的方法组成的
9、系统，该系统设计支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示。GIs提供空间分析技术、模型分析技术、网络技术、数据库和相应的二次开发环境，最终实现各种系统应用功能，满足各类用户的广泛需求。一般说来，一个完整的地理信息系统通常由四个部分组成如下图所示，它们是计算机硬件环境、软件环境、地理空间数据、系统维护和使用人员。 地理信息系统的基本构成 地理信息系统主要为了生成空间影像，分析灾情，从而得到灾害损失分布图。3.2.2 日本卫星系统 日本卫星系统是以“准天顶”卫星系统为主体，即是围绕准天顶”卫星系统建立的卫星体系。3.2.2.1 日本准天顶”卫星系统 QZSS是准天顶卫星系统（Quasi-Z
10、enith Satellite System）的简称，以高仰角服务和大椭圆非对称“8”字形地球同步轨道为其特征，服务于闹市区和中纬山区的通信与定位，是GPS的区域增强系统，发射L1、L2和L5三种频率。 QZSS由三颗分置于相间120的三个轨道面上的卫星组成，轨道周期为23小时56分钟，倾角45，偏心率0.1，轨道高度为31 50040 000 公里。3.2.3 北斗卫星系统 北斗卫星定位系统是由中国建立的区域导航定位系统。该系统由四颗（两颗工作卫星、2颗备用卫星）北斗定位卫星（北斗一号）、地面控制中心为主的地面部份、北斗用户终端三部分组成。北斗定位系统可向用户提供全天候、二十四小时的即时定位
11、服务，授时精度可达数十纳秒(ns)的同步精度，北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约100ns。 北斗一号卫星定位系统的英文简称为BD，在ITU（国际电信联合会）登记的无线电频段为L波段（发射）和S波段（接收）。 北斗二代卫星定位系统的英文为Compass（即指南针），在ITU登记的无线电频段为L波段。 北斗一号系统的基本功能包括：定位、通信（短消息）和授时。 北斗二代系统的功能与GPS相同，即定位与授时。 编辑本段系统工作原理“北斗一号”卫星定位系出用户到第一颗卫星的距离，以及用户到两颗卫星距离之和，从而知道用户处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面，和以两颗卫星为焦点的椭球面之间的交线
12、上。另外中心控制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值，又可知道用户出于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。从而中心控制系统可最终计算出用户所在点的三维坐标，这个坐标经加密由出站信号发送给用户。 “北斗一号”的覆盖范围是北纬5一55，东经70一140之间的心脏地区，上大下小，最宽处在北纬35左右。其定位精度为水平精度100米(1)，设立标校站之后为20米(类似差分状态)。工作频率：2491.75MHz。系统能容纳的用户数为每小时540000户。 北斗卫星与GPS系统对比，具有以下特点1、覆盖范围：北斗导航系统是覆盖我国本土的区域导航系统。覆盖范围东经约70一140，北纬5一55。G
13、PS是覆盖全球的全天候导航系统。能够确保地球上任何地点、任何时间能同时观测到6-9颗卫星(实际上最多能观测到11颗)。2、卫星数量和轨道特性：北斗导航系统是在地球赤道平面上设置2颗地球同步卫星颗卫星的赤道角距约60。GPS是在6个轨道平面上设置24颗卫星，轨道赤道倾角55，轨道面赤道角距60。航卫星为准同步轨道，绕地球一周11小时58分。3、定位原理：北斗导航系统是主动式双向测距二维导航。地面中心控制系统解算，供用户三维定位数据。GPS是被动式伪码单向测距三维导航。由用户设备独立解算自位解算在那里而不是由用户设备完成的。为了弥补这种系统易损性，GPS正在发展星际横向数据链技术，使万一主控站被毁
14、后GPS卫星可以独立运行。而“北斗一号”系统从原理上排除了这种可能性，一旦中心控制系统受损，系统就不能继续工作了。4、实时性：“北斗一号”用户的定位申请要送回中心控制系统，中心控制系统解算出用户的三维位置数据之后再发回用户，其间要经过地球静止卫星走一个来回，再加上卫星转发，中心控制系统的处理，时间延迟就更长了，因此对于高速运动体，就加大了定位的误差。此外，“北斗一号”卫星导航系统也有一些自身的特点，其具备的短信通讯功能就是GPS所不具备的。 北斗卫星系统示意图3.2.4 海事卫星通信系统 海事卫星通信系统是利用通信卫星作为中继站的一种船舶无线电通信系统。它具有全球（除南北极区外）、全时、全天候
15、、稳定、可靠、高质量、大容量和自动通信等显著优点，既可改善船舶营运和提高管理效率、密切船岸联系，而且有助于保障海上人命安全。国际海事卫星通信系统（INMARSAT）是移动业务卫星通信系统（MSS）的一种。它包括移动台之间、移动台与固定台之间、固定台与公众通信网用户之间的通信。国际海事卫星通信系统是世界上第一个全球性的移动业务卫星通信系统。3.2.4.1 海事卫星通信系统组成 海事卫星通信系统主要由装在船舶（包括海上工作平台）上的海事卫星通信地球站(简称船站)、设在海岸上的海事卫星通信地球站（简称岸站）和海事通信卫星组成（下图）。3.2.5 “资源一号”卫星 资源一号卫星，又称“中巴地球资源卫星一号”，是由中国和巴西共同研制的地球资源卫星。资源一号是采用国际上先进的公用平台设计思想设计的。这颗卫星未经试验卫星阶段，就直接进入
