“遇到下雨天氣，我們總是提心吊膽，生怕地質災害發生。現在好了，高精度北斗滑坡監測預警系統的運用，減輕了我們基層工作的壓力，對下一步開展西林縣幾十個地災監測點工作是一個很好的科技手段。” 廣西百色市西林縣自然資源局局長班海勇高興地告訴筆者。
該衛星導航定位技術的高精度時空服務應用成果，不僅使當地自然資源部門受益，也讓糖業等多個行業領域受益。“高精度北斗時空服務網絡關鍵技術及應用”在近日召開的2020年廣西科學技術獎勵大會上獲得2019年度廣西科學技術進步一等獎。
這些成績的背后，除了依靠桂林電子科技大學的科技支持外，同時也離不開廣西遙感中心的指導支持，凝聚了該中心北斗技術運用現場科研團隊的智慧貢獻。該團隊老少結合，歲數大的年過半百，小的隻有二十出頭。近日，筆者走進廣西遙感中心，解密其奔騰不息的求“精”精神。
地校聯合
為滑坡監測連接上“北斗”
“科技運用日新月異，我們干地質遙感的，常年與衛星打交道，開展滑坡地質災害調查研究何不結合北斗定位技術的運用？這樣既服務民生，又提升科技創新水平，事半功倍。”這是廣西遙感中心主任、教授級高級工程師黃志強常挂在嘴邊的話。
廣西遙感中心作為廣西地礦局的下屬單位，依托局與桂林電子科技大學有長期戰略合作關系，中心找到桂林電子科技大學計算機與信息安全學院，雙方一拍即合，實現聯合。雖然國內擁有高精度北斗時空服務網絡關鍵技術，但應用是短板，為破解難題，桂林電子科技大學牽頭主要研究北斗芯片的封裝技術和智能算法﹔廣西遙感中心主要深入研究滑坡體、成滑條件、滑坡體成因，明確滑坡預警和預測的監測指標。
地校雙方在合作中形成共識，傳統的形變監測技術存在監測周期長、精度差、成本高、見效慢等問題，而衛星導航形變監測系統價格昂貴，受限於現有無線通信網絡信號質量。
因此，要實現高精度北斗時空服務網絡關鍵技術及應用，就要創造性地開發基於遺傳粒子濾波的多徑抑制碼環和精密同頻信號伴生技術、共生數據調頻廣播等，形成一體化位置網絡服務體系，以實現分米級到毫米級的多行業定位服務和災害預警。
盯住地質災害
推動科研實驗落地“三林”
團隊憑借多年在工作經驗，把目光盯住地處雲貴高原東南邊緣，海拔較高，以中低山地形為主，無平原分布，年平均降雨量在1000毫米以上的百色市隆林各族自治縣、田林縣、西林縣（簡稱“三林”）。該區域內以鬆散第四系殘坡積層為主，廣泛分布於中低山區及峰叢窪地、谷地中。
黃志強介紹，特殊的地質環境使“三林”地區災害頻發，2017年統計資料顯示，“三林”地區地質災害隱患點共有255處，威脅人口22323人。地質災害誘發因素以降雨為主，主汛期（5月中旬至8月中旬）為地質災害高發期。
“自然資源部門對於地質災害隱患點，主要的監測方式為人工巡視，汛期以定期或不定期的方式進行現場檢查，該方式耗費人力較多，且巡視周期長，難以實現全天候監測。”班海勇說。
提高高新技術在地質災害監測工作中的應用迫在眉睫！廣西遙感中心聯合桂林電子科技大學承擔了廣西科技重大專項，基於北斗的地質勘查監測空間信息服務及應用示范。
桂林電子科技大學計算機與信息安全學院教授羅笑南表示，基於北斗芯片的封裝技術和智能算法，用在地災監測上要實現超過一個毫米就可報警的目標，精度要達到國際領先水平。
為此，廣西遙感中心現場科研團隊於2017年12月~2020年5月期間在“三林”地區共建設了7個滑坡點67個地質災害北斗監測站，開展北斗滑坡地質災害監測預警與應用示范。
現場試驗團隊
為高精度把好每一關
早在2017年年底，團隊依托桂林電子科技大學研發的北斗定位技術開展工作，就在“三林”地區滑坡現場建設了北斗基站、北斗監測點和聲光報警裝置。
今年5月14日，筆者在西林縣弄工村滑坡點現場看到，團隊成員葉栩鬆正在該滑坡點用儀器測試北斗信號接收情況。北斗監測站點布置在滑坡體上，團隊成員要根據滑坡體的形態、岩性、結構、厚度、規模、地裂縫發育情況，以及滑動造成的危害程度、植被覆蓋、基站與站點通信情況及接收北斗信號強度和穩定性等進行選點布置。
“每個環節都馬虎不得。” 葉栩鬆邊調試邊對筆者說，“為保証精度，我們把基站建在信號好的點，同時，基站主要布置在相對穩定的地層或建筑物上，不受滑坡體影響，對滑坡體上北斗監測設備進行校對，提高定位精度。每個滑坡體設置一個基站，基站距離監測點的距離在2000米以內。”
在高溫、高原和高寒等區域環境下進行滑坡體位移的各能測試，是北斗滑坡監測運用研發的重要一環，對能否第一時間預警至關重要。現場試驗人員一次次在野外艱苦條件下採集數據、捕捉問題、排除故障，尋找最佳測試點。
“為做精這項工作，現場還安裝了聲光報警裝置、裂縫計、雨量計、水分濕度傳感器。”現場負責人邱恩露說，“聲光報警裝置布置在離居民點較近的位置，在系統採集數據處理達到預警級別后會自動拉響警鈴。聲音提示和光線不斷閃爍達到預警的目的，居民在警報響起后應及時撤離。裂縫計的作用是測量裂縫變化，監控裂縫的發展﹔雨量計則是通過降雨量曲線、飽和土壤含水率、土壤滲透系數等建立降雨量與滑坡穩定性之間的關系，並在暴雨來臨前做好滑坡預防准備。”
經過大家的辛勤工作，北斗監測點水平定位精度為2.5毫米，垂直定位精度為5毫米。北斗滑坡監測點將滑坡有關數據實時、不間斷地回傳到桂林電子科技大學北斗滑坡監測中心后，系統自動繪制出北斗監測點定位曲線，分析位移-時間曲線后，計算出變形速率，從而分析滑坡體的穩定狀態，並進行自動預警預報。
兩年多來，他們在“三林”地區的野外時間超過500多天，進行了數百次的試驗，採集和標定了數十萬條數據，建立了滑坡監測數據庫。正是基於這些高頻率試驗，滑坡監測預警的各項指標，精度達到超過一個毫米就可以報警，該技術達到國際領先水平 。
該團隊在“三林”地區開展滑坡地質災害調查研究及北斗滑坡監測選點工作，先后對7個滑坡地質災害點進行現場踏勘，並對地質災害孕災背景、致災原因、災害規模等進行了調查，目前已有效保護了上千人的生命財產安全。（黃強）
