迪慶州位于云南西北部的滇、藏、川三省區(qū)的交界地帶，總面積達(dá)23870km2。迪慶州是一個(gè)地域面積遼闊，且山體滑坡、覆冰、泥石流等自然災(zāi)害多發(fā)的地區(qū)。

2017年6月29日，迪慶州德欽縣升平鎮(zhèn)發(fā)生泥石流災(zāi)害，淤泥達(dá)200m3。2018年8月2日，迪慶州境內(nèi)國(guó)道G215線香格里拉尼西—維西塔城段，吉仁河橋頭香格里拉岸附近發(fā)生山體滑坡災(zāi)害，滑坡土方量約6km3，路面阻斷長(zhǎng)度達(dá)60m。坐落在這些地區(qū)的電網(wǎng)設(shè)備經(jīng)常遭受地形沉降災(zāi)害，導(dǎo)致電網(wǎng)設(shè)備嚴(yán)重受損。

目前，迪慶供電局輸電線路長(zhǎng)達(dá)2160km，其中241.26km處于覆冰區(qū)，140km處于重覆冰段。

為提高迪慶電網(wǎng)泥石流、山體滑坡災(zāi)害的防治能力，減少災(zāi)害導(dǎo)致的人員傷亡和電網(wǎng)資產(chǎn)損失，急需科學(xué)有效的預(yù)防機(jī)制。在災(zāi)害發(fā)生前，及時(shí)準(zhǔn)確地實(shí)施預(yù)防及救援措施，使災(zāi)害造成的電網(wǎng)損失降到最低，對(duì)確保電網(wǎng)安全運(yùn)行有著重大的意義。

山體滑坡監(jiān)測(cè)需要一種可以進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)的手段以獲得地質(zhì)現(xiàn)象及環(huán)境的動(dòng)態(tài)信息。若采用傳統(tǒng)人員巡視的方法監(jiān)測(cè)，則將耗費(fèi)大量人力物力，而且實(shí)施可靠程度難以保證。

隨著可視化技術(shù)的發(fā)展，視頻或者圖像獲取其形態(tài)、紋理等影響特征，能宏觀、真實(shí)地顯示地貌特征，而圖像識(shí)別法受地表覆蓋物影響較大，圖像識(shí)別的方法難以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害初期的地表形變量變化。

針對(duì)這一情況，基于我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，結(jié)合自主研發(fā)的高精度北斗監(jiān)測(cè)設(shè)備，開(kāi)發(fā)出一套低成本、高精度的地面位移、沉落和偏移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。基于現(xiàn)代傳感器技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，支撐供電公司設(shè)備運(yùn)維人員及時(shí)準(zhǔn)確地實(shí)施災(zāi)害預(yù)防及救援措施，提高電網(wǎng)災(zāi)害防治能力，減少災(zāi)害導(dǎo)致的人員傷亡和電網(wǎng)資產(chǎn)損失，保障電網(wǎng)安全運(yùn)行。

本文以迪慶州基于北斗系統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)為著手點(diǎn)，分析了系統(tǒng)目標(biāo)、建設(shè)方案、技術(shù)路線、部署方式和運(yùn)行情況，為地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與實(shí)施提供了借鑒。

1 北斗高精度定位技術(shù)

通過(guò)北斗系統(tǒng)可以提升輸電系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)水平。北斗高精度毫米級(jí)后處理平臺(tái)主要涉及數(shù)據(jù)源包括基站觀測(cè)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)以及星歷、精密星歷。基于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的安全性以及資源專有性的考慮，單獨(dú)搭建專有服務(wù)系統(tǒng)，將參與解算的參考站觀測(cè)數(shù)據(jù)以及星歷和精密星歷數(shù)據(jù)解算引擎部署到局內(nèi)機(jī)房，包括解算任務(wù)的調(diào)度、解算引擎、監(jiān)控、管理等都在客戶的專有服務(wù)系統(tǒng)上完成。

北斗高精度毫米級(jí)后處理依托云南地區(qū)國(guó)家北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的北斗衛(wèi)星定位地基增強(qiáng)站，通過(guò)云端一體化監(jiān)測(cè)終端及后處理的高精定位差分算法，以開(kāi)放應(yīng)用程序編程接口（open application programming interface, Open API）方式提供毫米級(jí)位置計(jì)算服務(wù)，實(shí)現(xiàn)高精度監(jiān)測(cè)。

基于北斗高精度的防災(zāi)減災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)滑坡、沉降、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)，自動(dòng)、連續(xù)地監(jiān)測(cè)因地表沉降、地質(zhì)災(zāi)害、洪水等引起的電網(wǎng)鐵塔位移和傾斜變化。

北斗高精定位技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)定位點(diǎn)高精度二維傾角信息的數(shù)據(jù)采集。通過(guò)對(duì)定位點(diǎn)傾角信息進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，可以對(duì)定位點(diǎn)的滑坡、沉降狀況進(jìn)行判斷。

2 系統(tǒng)建設(shè)

2.1 建設(shè)目標(biāo)

地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)如下：

1）構(gòu)建基于北斗系統(tǒng)的防災(zāi)減災(zāi)平臺(tái)。

以輕量可視化的地理信息系統(tǒng)（geographic information system, GIS）技術(shù)平臺(tái)為基礎(chǔ)，構(gòu)建基于北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的集災(zāi)害數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理及預(yù)警、數(shù)據(jù)展現(xiàn)于一體的防災(zāi)減災(zāi)平臺(tái)。

2）實(shí)現(xiàn)災(zāi)害的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

在迪慶供電局范圍內(nèi)選取重點(diǎn)管控的變電站、線路、桿塔，分別完成監(jiān)測(cè)點(diǎn)的安裝部署，實(shí)現(xiàn)地表位移、傾斜、深部位移、水雨震情、視頻圖像等信息的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)及預(yù)警；提供防災(zāi)減災(zāi)的輔助決策。基于災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、電網(wǎng)基礎(chǔ)信息、位置信息等，開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害的統(tǒng)計(jì)、分析、預(yù)測(cè)等應(yīng)用，提供災(zāi)害的關(guān)聯(lián)分析報(bào)告，支撐迪慶供電局防災(zāi)減災(zāi)的輔助決策。

2.2 功能劃分

1）地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)。

通過(guò)安裝的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)終端進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)周邊的位移、沉降、水雨情、視頻圖像等信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、采集與傳輸，及時(shí)獲取地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)處理，支撐分析應(yīng)用。

2）地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警。

在GIS地圖上展現(xiàn)迪慶供電局范圍內(nèi)安裝的災(zāi)害監(jiān)測(cè)終端位置，實(shí)時(shí)展示地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)超過(guò)位移、沉降閾值的終端及監(jiān)測(cè)終端周邊受影響的變電站、線路、桿塔進(jìn)行分析預(yù)警。

3）地質(zhì)災(zāi)害歷史回溯。

選擇時(shí)間范圍，依次查看地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)的災(zāi)害影響變電站、線路、桿塔信息，展現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的變化趨勢(shì)。

4）地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)。

通過(guò)歷史地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析挖掘，找出監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，進(jìn)行災(zāi)害的預(yù)測(cè)分析，提供防災(zāi)減災(zāi)決策依據(jù)。

5）地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計(jì)分析。

按年、月、日統(tǒng)計(jì)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)點(diǎn)周邊受影響的桿塔和線路信息，支持統(tǒng)計(jì)報(bào)表的查詢和導(dǎo)出應(yīng)用。

2.3 技術(shù)路線

基于北斗系統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體架構(gòu)主要由數(shù)據(jù)層、服務(wù)層及展現(xiàn)應(yīng)用層組成，如圖1所示。

圖1 總體架構(gòu)

圖1中，數(shù)據(jù)層從資產(chǎn)、GIS、監(jiān)測(cè)終端等獲取數(shù)據(jù)，包括變電站、線路、桿塔臺(tái)賬數(shù)據(jù)以及地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等。

服務(wù)層由數(shù)據(jù)服務(wù)、圖形引擎、報(bào)表服務(wù)、計(jì)算服務(wù)等構(gòu)成。展現(xiàn)層包括實(shí)時(shí)預(yù)警、災(zāi)害回溯、災(zāi)害預(yù)測(cè)和綜合分析。

基于北斗系統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)主要由數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、網(wǎng)絡(luò)層、展現(xiàn)層4層構(gòu)成，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

3 部署與運(yùn)行情況

3.1 系統(tǒng)部署

根據(jù)迪慶供電局電網(wǎng)設(shè)備分布，針對(duì)滑坡高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，部署監(jiān)測(cè)點(diǎn)，實(shí)時(shí)獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了災(zāi)害的實(shí)時(shí)預(yù)警和分析，支撐供電局運(yùn)維人員開(kāi)展電網(wǎng)設(shè)備的防災(zāi)減災(zāi)工作，使災(zāi)害造成的電網(wǎng)損失降到最低，以確保電網(wǎng)安全運(yùn)行。

基于北斗系統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括外網(wǎng)、內(nèi)網(wǎng)隔離區(qū)（demilitarized zone, DMZ）以及內(nèi)網(wǎng)安全Ⅲ區(qū)。網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)部署示意圖如圖3所示。

硬件平臺(tái)資源需求：

1）應(yīng)用服務(wù)器。128G內(nèi)存及以上，1T存儲(chǔ)及以上，統(tǒng)一應(yīng)用云南電網(wǎng)公司云電智云平臺(tái)軟硬件資源，統(tǒng)一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，統(tǒng)一應(yīng)用構(gòu)建。

圖3 網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)部署示意圖

2）GIS服務(wù)器。128G內(nèi)存及以上，2T存儲(chǔ)及以上。

3）數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。128G內(nèi)存及以上，2T存儲(chǔ)及以上。

4）地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)終端。具備位移、沉降的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)傳輸。

3.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)選點(diǎn)安裝

對(duì)臨近公路的四處輸電線路易發(fā)地質(zhì)災(zāi)害區(qū)段進(jìn)行了監(jiān)測(cè)設(shè)備的安裝施工，共安裝監(jiān)測(cè)設(shè)備4套，監(jiān)測(cè)易發(fā)地質(zhì)災(zāi)害區(qū)段4處。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)情況如下：

1）S237省道146km處監(jiān)測(cè)點(diǎn)。此處位于瀾滄江左岸，受瀾滄江水流侵蝕，岸邊區(qū)域出現(xiàn)大規(guī)模地基下沉現(xiàn)象，公路路面塌陷嚴(yán)重，嚴(yán)重影響過(guò)往車(chē)輛安全，給周邊輸電線路造成重大安全隱患。

2）G353寧福線3 790km+500km處監(jiān)測(cè)點(diǎn)。此處位于瀾滄江右岸，上邊坡山體經(jīng)常性發(fā)生泥石流災(zāi)害，嚴(yán)重影響道路交通安全，也為輸電線路安全運(yùn)行帶來(lái)了不穩(wěn)定因素。

3）214國(guó)道2 036km處。此處緊鄰懸崖，下邊坡由于地質(zhì)不穩(wěn)定等因素，經(jīng)常發(fā)生滑坡塌方現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)路面還出現(xiàn)大面積下沉。

4）214國(guó)道2 193km處。此處緊鄰山坡谷口，夏季受雨水沖刷，易出現(xiàn)滾石和泥石流現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)可能造成交通受阻、電力線路運(yùn)行中斷等。

3.3 典型監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

自2019年12月1日起，陸續(xù)安裝各隱患點(diǎn)監(jiān)測(cè)設(shè)備，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警平臺(tái)。平臺(tái)對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)傾斜數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)發(fā)生自然災(zāi)害，致使監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)傾斜、沉降、滑坡等現(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)預(yù)警并記錄。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)的安裝方式如圖4所示。整體結(jié)構(gòu)由鋼制構(gòu)架固定于邊坡平臺(tái)處。北斗天線位于鋼制構(gòu)架頂端，其通過(guò)與北斗導(dǎo)航定位衛(wèi)星數(shù)據(jù)交互來(lái)實(shí)現(xiàn)定位功能。鋼制構(gòu)架兩側(cè)安裝太陽(yáng)能電池板，為監(jiān)測(cè)終端提供能源供應(yīng)。控制箱內(nèi)配備有儲(chǔ)能電池和無(wú)線通信模塊。儲(chǔ)能與太陽(yáng)能電池板的間歇式出力配合，為監(jiān)測(cè)終端提供持續(xù)能源供應(yīng)。無(wú)線通信模塊將監(jiān)測(cè)終端得到的數(shù)據(jù)上傳至北斗監(jiān)測(cè)平臺(tái)。

圖5為監(jiān)測(cè)點(diǎn)地理信息顯示界面。系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)點(diǎn)地理信息映射到地圖中，方便運(yùn)維人員掌控監(jiān)測(cè)點(diǎn)地理位置信息。

圖6所示為237國(guó)道146km處監(jiān)測(cè)點(diǎn)2019年12月的氣象數(shù)據(jù)。目前監(jiān)測(cè)的氣象數(shù)據(jù)包括風(fēng)速和降雨量信息。在查詢周期內(nèi)，風(fēng)速不超過(guò)4m/s，未出現(xiàn)降雨，故雨量趨勢(shì)曲線圖無(wú)任何信息。氣象監(jiān)測(cè)信息為地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警提供了輔助判據(jù)。

圖6 國(guó)道監(jiān)測(cè)點(diǎn)2019年12月氣象數(shù)據(jù)

圖7所示為237國(guó)道146km處監(jiān)測(cè)點(diǎn)2019年12月的測(cè)量數(shù)據(jù)。測(cè)量數(shù)據(jù)為兩個(gè)相互垂直方向的傾斜率信息。受晝夜溫差影響，監(jiān)測(cè)元件測(cè)量存在溫度漂移，傾斜率數(shù)據(jù)呈現(xiàn)周期性變化，尤其在線路垂向方向上變化尤為顯著。對(duì)4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，傾斜率變化數(shù)據(jù)不超過(guò)3‰。數(shù)據(jù)波動(dòng)變化幅值較小，速率較慢，不影響地質(zhì)災(zāi)害情況的準(zhǔn)確判別。

圖7 國(guó)道監(jiān)測(cè)點(diǎn)2019年12月測(cè)量數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

通過(guò)在地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)地帶安裝具有北斗高精定位功能的監(jiān)測(cè)終端，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)點(diǎn)的傾斜量測(cè)量，為地質(zhì)災(zāi)害的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警提供了有效技術(shù)手段。

通過(guò)構(gòu)建數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，可以對(duì)分散監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)獲取，集中監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)點(diǎn)地理信息、歷史數(shù)據(jù)的綜合展示，為地質(zhì)災(zāi)害的綜合分析和判斷提供了有效手段。

迪慶州的地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)建設(shè)為輸電線路地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)提供了實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的山體位移信息，提高了設(shè)備運(yùn)維的自動(dòng)化水平。在降低運(yùn)維人員工作強(qiáng)度的同時(shí)，提高了監(jiān)測(cè)的連續(xù)性與準(zhǔn)確性，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

本文編自2021年第1期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“基于北斗系統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)”，作者為張同偉、李凌瑛。