北斗衛星導航系統在青藏高原地應力監測中的應用
摘要1
引言青藏高原及其周緣地區是當今世界上構造運動最激烈、強震活動最集中的地域之一，開展
展開對青藏高原地應力
地質災害的監測，對青藏鐵路的維護和安全執行以及
大陸動力學和構造地質學的研究具有十分重要的意義。而傳統的監測系統存在兩個缺陷：一是不能獲得實時的監測資料，二是不能實時的監控感測器的工作狀態。正是這兩大缺陷，
這使得傳統的方法在監測效率和預警能力上存在很大的不足。而「北斗一號」衛星導航系統具有良好的定位和短報文通訊功能，覆蓋範圍大，沒有通訊盲區，
而且安全可靠。因此，所以，在傳統的地質災害監測系統的基礎上，利用「北斗一號」衛星系統作為資訊傳輸系統，建立了青藏高原地質災害實時監測系統，則可以很好的解決上述兩大缺陷。
2 系統設計
系統概述：，
青藏高原地質災害實時監測系統大致可以分為資料採集系統、北斗通訊系統和監測中心三大子系統，如圖1所
資料採集系統
監測中心
北斗通訊系統
圖1 青藏高原地應力實時監測系統構成
示。資料採集系統：資料採集系統由感測器和資料採集儀組成，如圖
2所示。
資料採集儀採集感測器資料，每個小時儲存並通過北斗衛星系統向監控中心傳送一組資料。在每次儲存和傳送資料之前，資料採集儀發出授時申請，從北斗衛星中獲取時間資訊，校準資料採集儀的時鐘，並使整個系統均與北斗時間同步，然後同時儲存和傳送資料。為增加系統的可靠性，資料採集儀中設定了存貯器，傳統的方式是把資料儲存在採集儀的儲存器上，然後定期的去現場取回資料。新系統仍然保留了儲存器，這樣可以增加系統的可靠性，即使在衛星訊號失鎖或衛星在某一段時間不能正常工作的條件下，資料也不會丟失，系統都不會丟失資料，當衛星系統正常後，未成功傳輸的資料可在指令控制下續傳到監測中心。這保證了整個系統處於同步工作狀態，別且具有較高的可靠性，來而且在衛星訊號恢復之後，我們仍然可以通過北斗衛星以讀取資料採集儀儲存記錄的形式把未成功傳輸的資料傳輸到監測中心來。這樣一來，整個系統均處於同步狀態，並且具有很高的可靠性。
主要有以下兩個功能：
1、如圖2所示，
實時資料採集：資料採集系統
通過感測器把地應力、溫度和壓力等非電量轉化成電量，再通過
a/d轉換晶元把電量轉換成資料，然後資料採集儀把資料打包通過北斗接收機傳送到監測中心，其主要目的是獲得實時的資料。
2、監控感測器的工作狀態：資料採集儀從北斗接收機中獲取監測中心發來的指令以及資料，並作出相應的處理，如設定感測器的引數，主要的目的是實時的監控感測器的工作狀態。
圖2
感測器和資料採集儀
北斗衛星導航系統：北斗通訊系統主要由北斗使用者機、「北斗一號」衛星、地面控制中心、北斗運營服務中心、以及環境監測院集團使用者管理中心五部分組成，如圖
3所示。主要功能是為資料傳輸提供透明通道。
北斗通訊系統的工作方式：
１、北斗接收機接收資料採集系統或者監測中心的授時申請，首先判斷終端的授時申請是否符合神州天鴻的協議，在授時申請正確的情況下，北斗接收機從北斗衛星中獲取時間資訊，並通過串列埠傳送給終端。終端利用北斗時間資訊校準時鐘。如果在衛星失鎖的狀態下，北斗接收機輸出的是
00:00:00.00
的錯誤時間資訊，必須作忽略處理。
２、北斗接收機接收資料採集系統或者監測中心的通訊申請，在通訊申請在符合協議以及衛星不失鎖的條件下，如果北斗接收機滿足發射頻度的要求，則立即把資料傳送到監測中心或資料採集系統，如果北斗接收機暫時不滿足發射頻度的要求，則處於等待狀態，直到滿足發射要求時把資料傳送出去。北斗接收機的發射頻度與採用的卡的等級有關，一般情況下能很好的滿足系統的需求。
圖3 北斗通訊系統
附實物圖：
圖
5 「北斗一號」衛星和北斗接收機
監測中心系統：監測中西系統主要由中心監測軟體以及後續的資料分析處理組成。主要功能是接收和儲存資料採集系統通過北斗衛星傳送回來的資料，監測野外感測器的工作狀態，以及對接收的資料做相應的分析處理。
監測中心的工作方式：
１、監測中心通過北斗衛星獲得感測器的引數，如０道基準、溫度修正、深度修正、溫度零點、溫度係數、水位零點、水位係數等，結合分析處理接收回來的資料，判斷感測器是否正常工作，同時通過北斗衛星傳送設定引數指令以及相應的引數內容，從而使得感測器總是處於正常工作狀態。
2、監測中心通過北斗衛星獲得感測器的資料。感測器資料報括基準、五個地應力、溫度以及壓力。在正常工作條件下，監測中心定時的接收感測器的資料，時間間隔一般為一小時。若發生緊急情況，監測中心還可以通過北斗衛星設定資料採集儀的取樣間隔，從而更加嚴密的監測地質的劇烈活動。如果北斗衛星系統在某乙個時間段不能正常工作，監測中心還可以以讀取儲存記錄的形式獲得未傳輸的資料。 3
、監測中心分析處理接收回來的資料，監測地質活動。
3 系統關鍵技術設計
系統互聯以及相關的協議：
1、野外監測站採用通訊型北斗接收機，監測中心採用指揮型北斗接收機，指揮型接收機能夠同時控制數台通訊型接收機。 2
、「北斗一號」衛星通訊系統作為透明的資料傳輸通道，把資料採集系統和監測中心聯接起來，其中資料採集系統和北斗通訊系統以及監測中心和北斗通訊系統均採用神州天鴻終端通訊協議，採用神州天鴻協議可以使資料採集儀通過串列埠直接跟北斗接收機相聯，從而省去中間的工控機，這樣不僅可以節省成本，而且還能提高系統的可靠性和適應性。
3、資料採集系統中資料的打包以及儲存：資料採集系統對感測器資料按照以下格式打包並儲存在其中的儲存器中。由於資料採集儀中儲存器的容量有限，所以採用新資料覆蓋歷史資料的形式儲存，一般情況下能儲存六個月的資料。 機號
記錄號 時間
地應力1
…地應力5
溫度壓力
表1 資料儲存格式 4
、資料採集系統打包傳送資料：如表2所示，資料採集儀按照神州天鴻的協議把資料打包，然後通過rs-232串列埠把打包好的資料傳送到北斗接收機。
神州天鴻協議頭
感測器資料
北斗校驗
神州天鴻協議尾
表2 資料打包傳送格式 5
、兩層校驗：一是北斗接收機的校驗，北斗接收機的校驗能夠保證兩個北斗接收機之間的通訊的可靠性，但是不能保證資料採集儀與北斗接收機以及北斗接收機與監測中心串列埠傳輸的可靠性，所以在傳輸資料後還加入了資料的校驗，這樣監測中心或資料採集系統就可以通過通過檢驗校驗位來判斷資料的正確性，從而達到更為可靠的傳輸。
結論：**_監測系統的建成及試執行，表明在傳統的監測基礎上利用「北斗一號」衛星系統實現地質災害的遠端監測，不僅能夠實時的監測地質災害的活動，而且還能夠實時監測感測器的工作狀態，實現了系統的實時性，同時還增加了整個系統的可靠性。青藏高原地應力監測系統作為環境監測院「基於北斗一號衛星系統的地質災害監測示範工程」的一部分，系統成功可靠的執行，對其他地質災害的監測提供了一定的實踐經驗和參考價值。
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