广西:“北斗﹢广播”新技术盯住更多隐患点

2020年1月，“北斗﹢广播”边坡高精度自动监测系统在梧州市长洲区宝石园滑坡地灾隐患点开展试运行。黄尚宁 摄

地处南方山地丘陵地区的广西，今年汛期来得比往年早，几次持续强降雨天气，又叠加新冠肺炎疫情影响，地质灾害防范压力骤然加大。如何加强地灾隐患点的监测预警？在群测群防的基础上，创新科技防灾技术，显得尤为重要。

广西壮族自治区自然资源厅联合多家机构，研发了“北斗﹢广播”边坡高精度自动监测系统，以“北斗﹢广播”的技术跨界融合方式，赋能地灾防范工作。该技术目前在梧州市试行4个多月，效用初现，受到业内好评。

突破传统地灾监测技术困境

传统的地灾监测，采用卫星导航定位技术，在监测点周边建立卫星导航定位基准站，以一对一的方式，通过移动通讯信号向监测点发送定位修正信息，再将监测信息回传给后方的监测人员，为开展应急处置提供数据参考。

经过多年“实战”，这项技术的短板日渐凸显。工作人员发现，单个卫星导航定位基准站建设成本达5万元以上，边远山区造价更高。若不单独建站，而是使用现有卫星导航定位基准站网提供的定位服务，由于同时容纳的高精度定位请求并发数量有限，难以满足较大数量隐患点的不间断监测需求。

据介绍，目前广西登记在册的地灾隐患点有10474处、易发区5634个，涉及人口约143万人，威胁人民群众财产安全约120亿元。地灾隐患点多面广，卫星导航定位基准站造价高昂，移动通讯稳定性较差且会持续产生后续费用，监测点越多，投入越大，高昂的成本和持续的费用，成为这一监测技术推广应用的痛点和难点。

如何突破这一困境，准确监测更多地灾隐患点？

“我们有测绘技术的优势。”广西自然资源厅国土测绘处处长王龙波告诉记者。2018年年底，广西建成了覆盖全自治区的北斗高精度基准站网，包含1个数据中心和110座平均布设的北斗高精度基准站。能不能把现有的北斗高精度基准站网用到地灾监测中？相关各方开展了研究和尝试。

今年1月，广西自然资源厅联合广西广播电视局、深圳思凯微电子公司、武汉大学等单位，开展了围绕北斗的创新性地灾监测技术研发，“北斗﹢广播”边坡高精度自动监测系统应运而生。

满足海量地灾监测服务需求

“‘北斗﹢广播’，就是将共生数字调频广播信号技术和北斗卫星导航高精度定位技术相结合，在定位信息广域覆盖基础上，融合武汉大学GNSS核心解析算法和MEMS四维监测系统的技术体系，实现地灾监测预警功能。”深圳思凯微电子公司总经理助理罗青介绍。

与卫星导航定位监测技术相比，北斗高精度基准站一个站点可以监测多个地灾隐患点，监测覆盖面成倍提高，还能实现毫米级的定位精度。

覆盖面的问题解决了，接下来是“信号播发”问题。罗青告诉记者，按照传统“北斗”监测模式，一个用户必须占用一个网络通道来获取增强位置服务，100个用户就需要占用100个网络通道，这对网络宽带和数据中心造成了极大的负担。

“我国自主创新的共生调频数据广播技术——CDRadio（数字和模拟信号同播技术），覆盖区域广，半径可达到50千米，没有信号接收数量的限制，‘北斗’搭上‘广播’，极大地拓展了北斗基准网的服务能力，在单个数字广播覆盖区域内，只需要一个北斗基准网数据，即可满足无数用户的需求。”罗青说。

另一方面，由于地灾隐患点一般处于山区等偏僻地区，移动信号等通信网络稳定性较差，很大程度上将影响监测的精度和稳定性，而采用“广播”模式，不仅将解决网络信号不稳定的问题，更可直接节省监测点后续网络服务费用，按现行标准，每个监测点每年将节省网络费用约800元。罗青算了一笔账：如果“北斗﹢广播”系统在自治区10474个地灾隐患点全面推广，就能节省近5亿元的建设资金和后续每年800多万元的网络费用。

此外，“北斗﹢广播”监测系统的一体化监测设备将全球导航卫星系统（GNSS）定位终端、通信终端、供电及诊断设备高度集成于单一柱体内部，易于安装，能耗也低。设备采用的边缘计算技术和LPWAN通信技术，能直接获取并上传精确位置坐标，自动化程度高，可完全实现远程监测、远程数据下载与共享，便于预警信息发布。

“高精度、低成本、覆盖广、信号强、部署快捷和普遍适用，是‘北斗﹢广播’边坡高精度自动监测系统鲜明的特点。”广西自然资源厅总工程师周涛说。

试用效果稳定 改善仍有空间

今年1月，在思凯微电子公司等多方支持下，广西“北斗﹢广播”边坡高精度自动监测系统在梧州市长洲区宝石园北侧山坡滑坡隐患点开展试运行。

该隐患点是一个高60米的陡峭边坡，受周围施工影响及常年降雨冲刷，坡面土质松软，有明显裂痕，如遇强暴雨天气极易发生山体滑坡次生灾害。2016年，边坡西侧受降雨影响发生过一次滑坡，所幸未造成人员伤亡。此处一旦再次发生滑坡，将会冲击到公路和对面的居民区。

由于地灾监测系统布设很大程度上取决于现场地质条件和周边环境，因此广西自然资源厅在梧州试点布设了4台GNSS位移监测设备、1台自动化雨量站和1套系统监测平台（软件）。总体监测系统由监测子系统、CDRadio子系统、数据中心子系统和客户端子系统组成。其中，CDRadio子系统通过梧州白云山249广播台播发CORS数据。系统的运行流程为：监测设备将采集的数据，通过LORA无线通信技术回传至梧州市自然资源局顶楼接收网关，然后通过有线宽带网络回传至云端服务，监测人员可通过电脑、手机APP等监测云平台，实时察看监测点的相关信息。

“截至5月22日，‘北斗﹢广播’监测系统已经对该隐患点实时监控4个月，整体运行良好，监测平面精度达到±6毫米，高程精度达±10毫米，符合预期标准。”王龙波说，按传统边坡监测方案核算，一套监测设备成本约10.3万元，采用“北斗﹢广播”系统的一体化设备，只需要约一半的钱。

总结试验成果，周涛表示，“北斗﹢广播”监测系统至少包括三个方面优势：一是利用了广西北斗高精度基准站网资源；二是借助广播广域播发北斗信号，破解了播发难点、增强了监测稳定性；三是利用LPWAN物联网技术取代4G、5G等传统数据回传手段，配合“广播”播发技术，实现了稳定性高、后续成本近乎为零的信号传输技术闭环。

周涛同时指出，“北斗﹢广播”监测设备还有很大改进空间，在功耗、硬件集成度、设备体积和系统功能上需要进一步完善。试用以来，梧州市有过连续40多天的阴雨天气，对设备的供电能力提出了巨大的考验，在阴雨天气下，太阳能板发挥不了作用，锂电池最多能撑20天，如何更好地解决设备供电问题，还需要继续推进研究。

技术人员杨翼飞告诉记者，目前“北斗﹢广播”试点类型单一，技术验证严谨性不够，需要在全区范围内选取2~3个新增试点，与梧州宝石园小区试点互相对比，验证技术的可行性和普适性。此外，还需要得到相关单位尽可能的支持和协助，引导项目推广应用。

近日，广西自然资源厅召开的“北斗﹢广播”新技术监测地灾有关工作研究会议透露，新技术的试验和推广应用已纳入广西地灾防治三年行动计划，今后将进一步扩大试验范围，逐步实现全域内地灾隐患点的实时监测。

“地灾防治仅靠人的力量是不够的，监测预警一定要依靠科技的力量。‘北斗﹢广播’新技术的应用，体现了广西从传统‘人防’到‘人防﹢技防’的转变。”广西自然资源厅厅长陈建军表示。

(来源：中国自然资源报 杨旋 黄尚宁 范雁阳)