基于卫星技术的广域地质灾害预报系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于地球同步卫星分时数据传输技术和卫星导航定技术的广域地质灾害预报系统及方法。本系统由空间段和地面段组成。其中，空间段由地球同步分时数据传输卫星（高轨卫星GEO）和导航定位卫星（中高轨卫星MEO-GEO）组成；地面段由地表位移传感器终端阵列系统、地面信号关口站、地质灾害监控中心组成；地质灾害监控中心根据地球同步轨道分时数据传输卫星和导航定位卫星传送的地表位移传感器终端阵列系统采集的信息，分析各地域地表位移分布状况，利用预先建立的地表位移-地质灾害趋势数学模型，分析发现可能发生地质灾害危险的地区，在监控中心的内部网及时将警示指令传送给各地，保证在地质灾害发生之前具有足够的反应时间，从而避免国民生命财产损失的发生。

说明书

技术领域

本发明涉及一种广域地质灾害预报系统及方法，特别涉及一种基于卫星技术的广域地质灾害预报系统及方法。

背景技术

目前，在广大地域内的地质灾害预警预报系统，主要是对由于降水量达到地面土壤吸收水份饱和程度后，因地势能量释放，形成地表相对移动，发生泥石流、山体滑坡等等对人类生命财产造成危害的地质灾害进行事故预警。目前，此类地质灾害预警数据的获取，一般是依靠天气预报、降水量测量人工值守、位移区域人工巡查等等，为局部性、小尺度、数据滞后方式。现有预报方式需要安排大量值班人员在地质灾害易发区巡守，以期能够及时发现并预报险情。特别是在防洪季节，常发生山体滑坡、落石等现象，十分危险；同时，需要值班人员24小时密切关注，这样容易造成值班人员的疲劳，靠人力巡守的方式，覆盖范围小、效率低，往往预报滞后于灾情。

国际上较为先进的解决方法包括：在各地的地质灾害易发区安装地表位移传感器，通过有线通信或者无线短波通信将地表位移信息传回地质灾害监控中心，地质灾害监控中心工作人员对各地区地表位移进行观察，发现险情。但这种方式存在诸多缺陷，如：由于有线通信或者无线短波通信的范围小，为覆盖广大地域需要建设大量的通信链路，其安装、维护、更换都需要大量人力物力及成本。存在地表位移传感器受环境的影响较大，地表位移数据母本采样不足，数据传输范围小，监控系统不稳定等等问题。目前，没有一种对广域地区地表位移数据全面采集的方法及对地质灾害进行稳定有效预警预报的监控系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种基于卫星技术的广域地质灾害预报系统及方法。对分布于广域地区的地表位移传感器终端阵列系统系统采集的实时地表位移数据进行分析，地质灾害监控中心利用预先建立的地表位移-地质灾害趋势数学模型，分析发现可能发生地质灾害危险的区域，提前确切发出预报和指令。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于卫星技术的广域地质灾害预报系统，所述系统包括空间段和地面段；其中空间段包括地球同步轨道分时数据传输卫星（高轨卫星GEO）和导航定位卫星（中高轨卫星MEO-GEO）；地面段包括地表位移传感器终端阵列系统、地面信号关口站和地质灾害监控中心；

    所述地表位移传感器终端阵列系统用于采集地表位移和位移速度数据；

所述分时数据传输卫星用于对分布于广域地区和地质灾害易发地域的地表位移传感器终端阵列系统采集的地表位移、位移速度等数据进行接收、存储、传输，分时数据传输卫星按照采集数据的时间分辨率和时间顺序，分时采集各地的地表位移传感器终端阵列系统发出地表位移信息；

分时数据传输卫星由多颗地球同步轨道卫星组成，对分布于广域地区和地质灾害易发地域的地表位移传感器终端阵列系统采集的地表位移、位移强度等数据进行接收、存储、传输。分时数据传输卫星按照采集数据的时间分辨率要求，分时对各地的地表位移传感器终端阵列系统数据进行接收、存储、传输，获取该区域地表位移信息；

所述导航定位卫星用于接收并向地面信号关口站传送地表位移传感器终端阵列系统的相对位置信息；

所述地面信号关口站用于接收并发送所述分时数据传输卫星和导航定位卫星的信息；

所述地质灾害监控中心用于接收并分析地面信号关口站发射的数据和信息；

所述地表位移传感器终端阵列系统与分时数据传输卫星连接，分时数据传输卫星与地面信号关口站连接，导航定位卫星与地面信号关口站连接，地面信号关口站与地质灾害监控中心连接；

地表位移传感器终端阵列系统将采集到的地表位移、位移速度等数据传送给分时数据传输卫星，分时数据传输卫星将数据接收、存储并传输给地面信号关口站；

导航定位卫星将采集到的地表位移传感器终端阵列系统的相对位置信息传送给地面信号关口；

地面信号关口接收数据和信号并且将其传送给地质灾害监控中心并由其分析得出地质灾害警示信息。

所述地表位移传感器终端阵列系统包括传感器终端阵列系统定位装置、分时卫星数据传输装置、地表位移数据采集、存储、接收发射装置、自适应控制装置和太阳能电源装置；

通过卫星无线传输链路，所述地表位移传感器终端阵列系统与分时数据传输卫星连接，分时数据传输卫星与地面信号关口站连接，导航定位卫星与地面信号关口站连接；地面信号关口站与地质灾害监控中心由内部通信网路连接；

分布于广域地区的地表位移传感器终端阵列系统，按照地表位移-地质灾害趋势数学模型的数据采集设计方案，安装在人迹罕至的山脉河流、高原低谷，进行无人值守的广大区域地质变化实时数据采集。地表位移传感器终端阵列系统包括卫星定位装置、分时卫星数据传输装置、地表位移数据采集、存储、接收发射装置和自适应控制装置及太阳能电源装置；地表位移传感器终端阵列系统向地球同步数据传输卫星传输数据，包括图像数据；

一种基于卫星技术的广域地质灾害预报方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

A、地表位移传感器终端阵列系统采集地表位移、位移速度等数据并将其传送给分时数据传输卫星；

B、分时数据传输卫星将接收到的地表位移、位移速度等数据存储并传送给地面信号关口站；

C、导航定位卫星将接收到的地表位移传感器终端阵列系统的相对位置信息传送给地面信号关口站；

D、地面信号关口站将接收到的分时数据传输卫星传送的数据和导航定位卫星传送的信息传送给地质灾害监控中心；

E、地质灾害监控中心接收地面信号关口站传送的数据和信息，根据数据和信息分析，利用预先建立的地表位移-地质灾害趋势数学模型分析发现可能发生地质灾害危险的地点，并将分析的结果发送给地质灾害危险的地点。

所述步骤A具体为：所述地表位移数据采集、存储、接收发射装置，以无线通信方式采集传感器终端阵列系统各个传感器检测的地表位移物理量，进行存储和阵列数据结构转换；由分时卫星数据传输装置传送给分时数据传输卫星；传感器终端阵列系统卫星定位装置将位置信号发送给导航定位卫星；自适应控制装置对传感器终端阵列系统工作状态进行检测控制；太阳能电源对卫星定位装置、分时卫星数据传输装置、地表位移数据采集、存储、接收发射装置、自适应控制装置提供不间断电能。

所述步骤B具体为：分时数据传输卫星根据地表位移-地质灾害趋势数学模型规定的地表位移数据的时间分辨率，分时接收地表位移、位移速度等数据。

所述步骤E具体为：地质灾害监控中心接收地面信息关口站传送来的地表位移传感器终端阵列系统数据，以及通过导航定位卫星传送的地表位移传感器终端阵列系统位置信息，地质灾害监控中心根据以上信息分析各地域地表位移分布状况，利用预先建立的地表位移-地质灾害趋势数学模型，分析发现可能发生地质灾害危险的地点，在使用地质灾害监控中心的内部网在地质灾害发生之前之将警示信息传送到地质灾害危险地点。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

基于地球同步卫星分时数据传输技术、卫星定位技术的地质灾害预报系统，通过分时数据传输卫星和导航定位卫星，获取分布于广域地区的地表位移传感器终端阵列系统系统采集的实时地表位移数据，监控中心利用预先建立的地表位移-地质灾害趋势数学模型，发现可能发生地质灾害危险的区域，提前确切发出预报和指令，保证在地质灾害发生之前具有足够的反应时间，保障国民生命财产安全。

附图说明：

图1为本发明的结构框图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

如图1所示，一种基于卫星技术的广域地质灾害预报系统，所述系统包括空间段和地面段；其中空间段包括地球同步轨道分时数据传输卫星（高轨卫星GEO）和导航定位卫星（中高轨卫星MEO-GEO）；地面段包括地表位移传感器终端阵列系统、地面信号关口站和地质灾害监控中心；

    所述地表位移传感器终端阵列系统为具备标准接口的无线传感器网络，可以连接各类物理量、化学量传感器件，所述地表位移传感器终端阵列系统包括传感器终端阵列系统定位装置、分时卫星数据传输装置、地表位移数据采集、存储、接收发射装置、自适应控制装置和太阳能电源装置；用于采集地表位移和位移速度数据； 

所述分时数据传输卫星由3颗以内地球同步轨道卫星组成单星或者星座，用于对分布于广域地区及地质灾害易发地域的地表位移传感器终端阵列系统采集的地表位移、位移速度等数据进行接收、存储、传输。分时数据传输卫星按照采集数据的时间分辨率、时间顺序和地域分布，分时接收各地的地表位移传感器终端阵列系统发出的地表位移信息；

所述导航定位卫星为若干颗卫星组成的星座，如GPS\BPS等，用于接收并向地面信号关口站传送地表位移传感器终端阵列系统的相对位置信息；

所述地面信号关口站为B级通用卫星数据传输地球站，用于接收并发送所述分时数据传输卫星和导航定位卫星的信息；

所述地质灾害监控中心为全国或者区域地质灾害监测预报控制管理机构，用于接收并分析地面信号关口站发送的卫星地质灾害数据和信息；

通过卫星无线传输链路，所述地表位移传感器终端阵列系统与分时数据传输卫星连接，分时数据传输卫星与地面信号关口站连接，导航定位卫星与地面信号关口站连接；地面信号关口站与地质灾害监控中心由内部通信网路连接；

地表位移传感器终端阵列系统将采集到的地表位移、位移速度等数据进行存储和阵列数据结构转换，按照时间分辨率和地域分布，分时传送给数据传输卫星；分时数据传输卫星将数据接收、存储并传输给地面信号关口站；

导航定位卫星将接收到的地表位移传感器终端阵列系统的相对位置信息实时传送给地面信号关口；

地面信号关口接收数据和信号并且将其传送给地质灾害监控中心并由其分析得出地质灾害警示信息。

所述地表位移传感器终端阵列系统包括传感器终端阵列系统卫星定位装置、分时卫星数据传输装置、地表位移数据采集、存储、接收发射装置、自适应控制装置和太阳能电源装置；

所述地表位移数据采集、存储、接收发射装置，以无线通信方式采集传感器终端阵列各个传感器检测的地表位移物理量，进行存储和阵列数据结构转换；由分时卫星数据传输装置传送给分时数据传输卫星；传感器终端阵列系统卫星定位装置将位置信号发送给导航定位卫星；自适应控制装置对传感器终端阵列系统工作状态进行检测控制；太阳能电源对卫星定位装置、分时卫星数据传输装置、地表位移数据采集、存储、接收发射装置、自适应控制装置提供不间断电能。

分布于广域地区的地表位移传感器终端阵列系统，按照地表位移-地质灾害趋势数学模型的数据采集设计方案，安装在人迹罕至的山脉河流、高原低谷，进行无人值守的广大区域地质实时数据采集。地表位移传感器终端阵列系统向地球同步数据传输卫星传输数据，包括图像数据；

一种基于卫星技术的广域地质灾害预报方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

A、地表位移传感器终端阵列系统采集地表位移、位移速度等数据并将其传送给分时数据传输卫星；

B、分时数据传输卫星将接收到的地表位移、位移速度等数据存储并传送给地面信号关口站；

C、导航定位卫星将接收到的地表位移传感器终端阵列系统的相对位置信息传送给地面信号关口站；

D、地面信号关口站将接收到的分时数据传输卫星传送的数据和导航定位卫星传送的信息传送给地质灾害监控中心；

E、地质灾害监控中心接收地面信号关口站传送的数据和信息，根据数据和信息分析发现可能发生地质灾害危险的地点，并将分析的结果发送给可能发生地质灾害危险的地点。

上述步骤A具体为：所述地表位移数据采集、存储、接收发射装置，以无线通信方式采集传感器终端阵列系统各个传感器检测的地表位移物理量，进行存储和阵列数据结构转换；由分时卫星数据传输装置传送给分时数据传输卫星；传感器终端阵列系统卫星定位装置将位置信号发送给导航定位卫星；自适应控制装置对传感器终端阵列系统工作状态进行检测控制；太阳能电源对卫星定位装置、分时卫星数据传输装置、地表位移数据采集、存储、接收发射装置、自适应控制装置提供不间断电能。

所述步骤B具体为：分时数据传输卫星根据地表位移-地质灾害趋势数学模型规定的地表位移数据的时间分辨率，分时接收地表位移、位移速度等数据。

所述步骤E具体为：地质灾害监控中心接收地面信息关口站传送来的地表位移传感器终端阵列系统数据，以及通过导航定位卫星传送的地表位移传感器终端阵列系统位置信息，地质灾害监控中心根据以上信息分析各地域地表位移分布状况，利用预先建立的地表位移-地质灾害趋势数学模型，分析发现可能发生地质灾害危险的地点，在使用地质灾害监控中心的内部网在地质灾害发生之前之将警示信息传送到地质灾害危险地点。

    地质灾害监控中心接收地面信号关口站获取并处理后的地表位移数据信息，以及通过导航定位卫星传送的地表位移传感器终端阵列系统位置信息，地质灾害监控中心根据以上信息分析各地域地表位移分布状况，利用预先建立的地表位移-地质灾害趋势数学模型，分析发现可能发生地质灾害危险的地点，在监控中心的内部网传送信息及控制指令，可以在地质灾害发生之前及时将警示指令传送给各地，减少甚至避免国民生命财产的损失。