北斗卫星导航系统应用典型案例

北斗卫星导航系统应用典型案例

——“北斗+”典型地质灾害协同监测与快速预警云平台研发及示范应用

申 报 单 位：安徽理工大学

联合申报单位：安徽前锦空间信息科技有限公司

江苏科博空间信息科技有限公司

主要完成人：余学祥、盛鸣红、柯福阳、赵兴旺、刘超、杨旭

1 案例简介

“‘北斗+’典型地质灾害协同监测与快速预警云平台研发及示范应用”项目是2021年度安徽省科技重大专项（编号：202103a05020026；总投资470万元）由安徽理工大学、安徽省基础测绘信息中心、江苏科博空间信息科技有限公司、安徽前锦空间信息科技有限公司和城市实景三维与智能安全监测安徽省联合共建学科重点实验室等协作共同完成。本项目起源于2013年淮南矿业集团“地表移动自动化监测系统研究”项目，其后在国家自然科学基金“基于GPS/BDS组合的开采沉陷高精度快速监测关键技术研究”（编号：41474026）、安徽省重点研发计划“矿山采动沉陷灾害空天地井协同监测分析决策公共服务平台建设”（编号：202104a07020014）等纵向项目及中煤新集“板集煤矿巨厚松散层深井单翼开采岩土移动规律及对工广建（构）筑物影响研究”、兖矿能源“矿区沉降变形智能化监测预警系统研究及应用”等横向项目支持下，针对滑坡和煤矿开采沉陷两种典型地质灾害监测监管，融合北斗/GNSS、InSAR、RS、UAV等多源数据，采用人工智能、虚拟现实、大数据与云计算等技术，突破了灾种自动识别、多源数据融合、应急处置联动等难题，攻克了“北斗+”协同监测设备研制、自动化实时监测与快速预警、数据融合分析、预测模型构建、决策支持系统开发等技术壁垒，实现复杂地质灾害场景的精准动态监测与实时预警，为矿区安全开采和地质灾害综合防控提供先进的技术支撑。

2 技术方案

针对滑坡和煤矿开采沉陷两种典型地质灾害，综合利用北斗/GNSS、InSAR、遥感等多源观测信息，结合GIS、人工智能和大数据技术，建立高效、低成本的地质灾害监测与预警系统。研发一体化监测设备，实现数据的高精度和实时性；研究地质灾害形成机理，建立高效预报模型；开发快速响应的监测预警云平台，提升地质灾害防控能力；开展在滑坡体和矿区进行示范应用，验证系统的可行性和准确性。

1）低成本“北斗+”地质灾害协同监测一体化设备研发。研发基于北斗/GNSS、遥感、传感器等技术的地质灾害监测理论、技术及装备；利用SAR、北斗/GNSS等集成技术，进行数据融合，基于云存储数据管理技术，实现实时数据传输、解析及质量控制；研究构建全时域、全空域、基准统一的空天地一体化监测体系，提高监测精度和可靠性；研究北斗地基技术在高精度实时监测大气水汽含量方面的应用，实现高精度大气水汽监测。

2）地质灾害形成机理和预报模型预警方法研究。研发基于不同灾种成灾机理的实时监测和快速识别模型，实现重大地质灾害的动态分析和实时评估；分析多灾种演变链接和转化条件，建立全链条分阶段预警判据和模型；研究工程施工过程的动态监测和评估方法，构建基于多参数的综合预警模型；利用云平台、大数据、深度学习构建智能预警模型，集成气象、遥感、地质等多源数据进行灾害预测。

3）高并发快速触发的地质灾害监测预警云平台的研发。研究NTRIP协议在北斗监测数据传输中的应用，实现数据安全加密与共享服务；建立由项目级到国家级管理层面的典型地质灾害管理体系，提高平台的适用性和数据安全性；采用Java、python等进行大数据处理和多线程编程，实现高并发并行业务计算解决方案；建立典型地质灾害监测与预警公共服务平台，优化平台数据处理效率，满足实时响应需求。

4）开展典型滑坡与煤矿开采沉陷地质灾害综合示范应用。建立BDS/GNSS典型地质灾害自动化实时监测系统，分析成灾机理，建立理论预测模型；以滑坡体、开采沉陷等监测为例，建立移动变形监测网络，实现地表移动和变形规律的精确监测，确保工业建筑安全；进行云平台在复杂地质环境下的适应性与性能评估，对预警平台的数据处理能力和响应速度进行科学验证；检验CORS RTK在地表移动观测中的精确度，探索技术创新以优化地表移动监测的效率与成本。

3 创新亮点

1）建立了时空对齐算法与深度学习模型，提出了北斗/GNSS、InSAR、遥感影像等多源数据无缝融合策略，研发了全时域、全空域、基准统一的空天地一体化高精度动态监测系统，实现了复杂场景下“北斗+”高精度实时监测。

2）研制了集成多源数据的低成本“北斗+”协同监测设备，构建了AES加密算法和CRC校验算法，实现了全天候、安全、可靠、高效监测。

3）基于多源监测数据，分析了地质灾害的形成机理，建立了AUC增量法优化的自学习型灾害预测模型，提高了滑坡风险预测的精度和稳定性；构建了厚松散层条件下大梯度开采沉陷预测的IDPIM-InSAR模型，显著提高了开采沉陷预测精度。

4）研发了基于高效分布式架构的“北斗+”典型地质灾害智能化监测与快速预警云平台，实现了多场景、多灾种的实时监测预警、应急救援与评估、智能决策支持的全生命周期灾害监测监管。

4 市场推广价值

“‘北斗+’典型地质灾害协同监测与快速预警云平台研发及示范应用”项目成果具备高精度定位、全天候实时监测、系统集成灵活等优势，已在安徽、贵州、山东、内蒙古等地15个场景进行了部署和规模化应用，覆盖露天边坡、开采沉陷、煤矿重要建构筑等高风险应用场景，实现全天候、全方位实时监测与预警，有效降低地质灾害风险，提高了安全保障水平，验证了本项目研究的成果及研发的BIMRWP云平台的科学性、可行性和适用性，部分统计并产生了经济效益4820万元（是省财政投资的10倍多）。本项目实时过程中，获授权发明专利8项、软件著作权14件，发表学术论文28篇，出版专著与教材5部、行业标准1项，培养博士生8人、硕士生45人。经济效益和社会效益十分显著。

项目成果可拓展至大坝、桥梁、尾矿库等关键基础设施场景应用，提升公共安全监管能力与公众安全感，形成“设备-平台-服务”产业链，具备持续推广和产业化发展的良好前景。

注：背景介绍

以纪念中国卫星导航定位协会成立30周年为契机，为更好地服务于会员，将会员单位多年创建的优秀北斗应用成果向社会广泛宣传、推广，充分发挥典型案例的示范引领作用，促进北斗产业高质量发展，中国卫星导航定位协会于2025年3月17日发文《关于征集北斗卫星导航系统应用典型案例的通知》（中位协(2025)8号），计划组织编撰《北斗卫星导航系统应用典型案例选编》。

经遴选，本项目“‘北斗+’典型地质灾害协同监测与快速预警云平台研发及示范应用”成功入选《北斗卫星导航系统应用典型案例选编》，并获荣誉证书。