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基于北斗,可监测毫米级位移,三次成功预警滑坡,这项被人民日报点赞的黑科技火了

大数据文摘

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作者|王烨  来源|大数据文摘(ID:BigDataDigest)

20时53分,预警平台发出滑坡即将失稳紧急红色告警。

7分钟后,体积近10万方的黄土滑坡轰然发生。

我们在科幻片中经常出现这样紧张又刺激的场景,如今真实的发生在了甘肃黑方台地区。

据央视报道,1月27日20时53分,长安大学的“高精度北斗地质灾害监测预警平台”发出滑坡即将失稳的紧急红色告警。

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7分钟后近10万方的黄土发生滑坡,由于当地干部收到红色预警信息后及时组织群众避险,当地群众已经避险,未造成人员伤亡。

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这已经不是长安大学这支研究团队第一次成功预警突发性黄土滑坡了,在2019年3月和2019年10月,他们还分别成功预警了两次突发性黄土滑坡事故。

事件发生后,《人民日报》也进行了报道,网友感慨,这就是“科技拯救生命”的典型!

下面文摘菌就带大家看一下这个预警平台背后的“黑科技”。

基于北斗,可监测毫米级的滑坡位移

据报道,这个预警平台是基于长安大学张勤教授团队研发的云平台低成本高精度北斗/GNSS监测系统。

早在2018年10月,长安大学张勤教授和黄观文教授研究团队就在黑方台地质灾害隐患点布设了北斗高精度监测设备。

该些设备能实时捕捉到毫米级的滑坡位移变化,随着北斗三号全球卫星导航系统的组网成功,这一系统的监测精度也进一步提高。

之后,通过对高精度的滑坡位移监测序列进行分析,可以得到滑坡的运动状态,进而分析出滑坡所处的变形阶段,从而发出准确预警。

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HF09监测点三维位移时间序列

黄观云教授团队在论文《一种基于北斗云的低成本滑坡实时监测系统》中表示,此前滑坡实时监测系统多基于美国GPS星座搭建,存在硬件设备贵、专业程度高以及施工繁琐等问题,不易于大范围普适性推广应用。

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随着北斗卫星导航系统在2020年已形成全球服务能力,加之近年来基于虚拟化、分布式技术的云计算得到迅速发展,团队设计了一款低成本高效率的北斗云滑坡实时监测解决方案:

将终端接收机从专业测量型设备设计定位为仅接收原始数据的传感器,实现成本大幅降低;

通过地面网络将传感器数据实时传输至北斗云,实现云存储;

在云服务器上,通过多线程并行算法同时进行北斗实时快速定位和事后精密定位,实现云计算;

通过高效数据库技术,利用Web端平台进行监测信息发布,实现云发布。

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监测系统界面

结果表明,短基线情形下北斗实时监测精度E方向(东方向)优于2mm,N方向(北方向)优于2mm,U方向(高程方向)优于3mm,完全能够满足滑坡高精度实时监测需求。

终端仅千元,可无人机精确抛投

这个监测系统的最底层设备是在各个隐患点布置的GNSS(Global Navigation Satellite System, GNSS)监测接收机。

传统商业型测量接收机对于数据的存储和传输多依赖接收机本身和局域网,而带有无线传输的接收机价格高达数十万。

但是长安大学研发的具有云存储功能的GNSS多模接收机,相较于传统接收机在体积上缩小了约75%,在去冗余功能的同时实现了性能稳定和可扩展等特点,成本也降至传统售价的10%,仅数千元。

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GNSS接收机及外业集成方案

考虑到许多地形复杂,许多需要监测的地方人员难以到达,新型的监测接收机还可以用无人机进行精准抛投。

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另外,这些监测接收机均采用太阳能供电,可保证环境恶劣地区的持续供电,且具有自主恢复的能力,无需人工干预。

已形成了一整套完备成熟的解决方案

除了这次成功预警近10万方的黄土滑坡,长安大学这支研究团队还成功两次预警突发性黄土滑坡。

第一次成功预警:2019年3月26日5时01分06秒,甘肃省永靖县盐锅峡镇党川村黑方台党川6号和7号滑坡体附近新发生一起黄土滑坡,滑坡体积约20000立方米。研究团队提前两天对滑坡发出黄色预警、提前一天发出橙色预警,提前40分钟发出红色预警。

第二次成功预警:2019年10月5日4时24分32秒,甘肃省永靖县盐锅峡镇党川村黑方台党川6号和7号滑坡体附近新发生一起黄土滑坡,滑坡体积在20000立方米左右。研究团队提前30天对滑坡发出黄色预警,提前1天发出橙色预警,监测预警系统提前7个小时自动对滑坡发出红色预警,提前23分钟提供了较为准确的滑坡临滑时间预报。

甘肃黑方台地区频繁发生滑坡灾害,根源于主要在于农业灌溉。根据张勤和黄观文教授《地质灾害监测预警中的精密空间对地观测技术》中介绍:

据粗略统计,全国共有较大型崩塌、滑坡、泥石流灾害点7000余处,近十多年来,每年造成的死亡人数近千人,经济损失上百亿元。

张勤教授和黄观文教授同属长安大学地质工程与测绘学院,已在地质灾害监测和防治领域耕耘多年。

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2019年3月17日国家发布了一项重点研发计划——“重大自然灾害监测预警与防范”,其中,张勤教授申报的重点专项“特大滑坡实时监测预警与技术装备研发”申报成功。

该项目由长安大学牵头,中南大学、北方工业大学、南京大学和成都理工大学等10家国内滑坡监测研究单位组成,主要开展特大滑坡“动态跟踪-实时监测-预警示范”等关键技术研究。

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除了属于国家重点研发计划项目,三次成功预警滑坡的这一监测系统还成功立项国家自然基金重点项目、和国家“973”项目,对于此类地质灾害的预警,目前已经形成了一整套完备成熟的解决方案。

相关报道:

http://www.stdaily.com/index/kejixinwen/2021-01/28/content_1075751.shtml

https://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10710-1014070310.htm

http://www.most.gov.cn/kjbgz/201905/t20190522_146729.htm

http://www.gcdz.org/article/doi/10.13544/j.cnki.jeg.2017-394

http://js.chd.edu.cn/dzgcychxy/zq/list.htm

https://www.sohu.com/a/212674376_772793

编者按:本文转载自微信公众号:大数据文摘(ID:BigDataDigest),作者:王烨


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