GPS在山體滑坡監(jiān)測中的應(yīng)用

李曉飛

摘 要：通過采用GPS測量方法對山體滑坡監(jiān)測可行性進(jìn)行論證，說明GPS觀測的大地高雖然有誤差，但同一時(shí)段觀測的大地高差值是一定值，即同時(shí)段的同步閉合環(huán)精度較好，我們可以利用這一原理，采用多臺同時(shí)GPS對山體滑坡進(jìn)行觀測，觀測后采用高差變化的大小來衡量山體的沉降量，其測量方法簡單，效益可觀。在數(shù)據(jù)分析時(shí)引入過程線法進(jìn)行山體滑坡過程分析，將山體沉降過程直觀的反應(yīng)出來，使用者容易理解，便于做出正確的預(yù)案，防患于未然。

關(guān)鍵詞：山體滑坡； GPS；基準(zhǔn)點(diǎn)；監(jiān)測點(diǎn)；垂直位移；大地高差

1 山體滑坡監(jiān)測的目的

某山區(qū)公路段，道路崎嶇，伴山而行，山體土質(zhì)較松軟，遇到大暴雨，經(jīng)常出現(xiàn)滑坡和山體塌方，給居住在附近的居民群的生命和財(cái)產(chǎn)造成了巨大損失，為了及時(shí)預(yù)測山體的滑坡與塌方，減少損失，受相關(guān)部門委托對不穩(wěn)定山體進(jìn)行監(jiān)測。

2 山體滑坡監(jiān)測的具體工作

相關(guān)部門之前已建立了，山體的變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測點(diǎn)，本次工作重點(diǎn)是對基準(zhǔn)點(diǎn)、監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行觀測，并對觀測值進(jìn)行分析，確定山體滑坡的位移值，預(yù)測山體是否會發(fā)生滑坡或塌方。

3 采用GPS測量方法對山體滑坡監(jiān)測可行性的論證

本工程具有詳細(xì)的設(shè)計(jì)文件，確定了觀測方法，即平面采用測量小機(jī)器人，高程采用四等水準(zhǔn)進(jìn)行觀測。隨著時(shí)間的流逝，多處山體出現(xiàn)塌方、多處山體被雨水沖出大溝，人行走都比較困難。由于本人長期從事對水庫變形監(jiān)測工作，而水庫變形監(jiān)測最常用的方法便是GPS測量方法，此方法監(jiān)測水平位移可到毫米級，可垂直位移精度較差，不同觀測周期，觀測同一點(diǎn)的大地高可以相差幾米，甚至幾十米，那么此方法能完成垂直位移監(jiān)測的任務(wù)嗎？為此我們將瑪納斯塔西河石門子水庫變形監(jiān)測的觀測的GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、比較發(fā)現(xiàn)，GPS觀測的大地高精度雖然較差，但各點(diǎn)的高差確是一定值詳見表1，由表1可見各點(diǎn)2011-2015年觀測的值與工作基點(diǎn)TS1的大地高差中差值最大的為ZB1-TS1為18.7mm、最小的為ZB2-TS1為4.7mm，扣除水庫沉降，和觀測中ZB1采用腳架觀測，測量儀器高的誤差，我們認(rèn)為各點(diǎn)的大地高差值基本恒定，精度在毫米級，滿足三等水準(zhǔn)的精度要求，可以滿足山體滑坡監(jiān)測垂直位移的精度，因此我們只要將垂直位移基準(zhǔn)由原來的水準(zhǔn)高程，變換為測點(diǎn)與工作基點(diǎn)的高差，研究高差的變化，既是研究監(jiān)測點(diǎn)的沉降變化。研究監(jiān)測點(diǎn)沉降只有兩種情況：①監(jiān)測點(diǎn)高于基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定，則高差絕對值變小，意味著監(jiān)測點(diǎn)下沉，在這種情況下，監(jiān)測點(diǎn)只有滑坡的可能性，因此高差絕對值只能變小，沒有變大的可能性；②監(jiān)測點(diǎn)低于基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定，則高差絕對值變大，意味著監(jiān)測點(diǎn)下沉，在這種情況下，監(jiān)測點(diǎn)只有滑坡的可能性，因此高差絕對值只能變大，沒有變小的可能性。因此應(yīng)將監(jiān)測點(diǎn)分為兩類進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，即，a：高于基準(zhǔn)點(diǎn)的監(jiān)測點(diǎn)，b：低于基準(zhǔn)點(diǎn)的監(jiān)測點(diǎn)，分析時(shí)也按這樣兩類進(jìn)行分析，就可以減少分析出錯(cuò)的可能性。（表1）

通過上述研究我們認(rèn)為采用GPS方法進(jìn)行山體滑坡監(jiān)測方法可行，為此我們將本次山體滑坡監(jiān)測方案確定采用GPS方法進(jìn)行觀測。

4 GPS 監(jiān)測山體位移技術(shù)的實(shí)測

4.1 山體滑坡監(jiān)測周圍環(huán)境

山體滑坡路段方圓兩公里內(nèi)沒有高壓線，沒有大功率電臺，地勢開闊，便于GPS衛(wèi)星信號的接受，有利于GPS觀測，為提高GPS觀測精度提供了有利的條件。

4.2 GPS測量采用的儀器及平差軟件

監(jiān)測網(wǎng)布設(shè)為二級GPS網(wǎng)，采用目前最為先進(jìn)的Trimble R8雙頻GPS接機(jī)（標(biāo)稱精度3mm+0.5ppm×D）進(jìn)行施測。觀測數(shù)據(jù)采用科傻平差軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

4.3 二等級GPS監(jiān)測網(wǎng)的觀測

二等級GPS監(jiān)測網(wǎng)的觀測嚴(yán)格按基準(zhǔn)網(wǎng)及變形監(jiān)測網(wǎng)均按（SL 197-2013）中相應(yīng)的二等網(wǎng)觀測技術(shù)要求中的規(guī)定進(jìn)行觀測，詳見表2。

表2 二等GPS觀測技術(shù)要求

[＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&][等級

二][衛(wèi)星截止高度角（o）

20][同時(shí)觀測有效衛(wèi)星數(shù)

≥4][觀測時(shí)段數(shù)

≥2][時(shí)段長度（min）

≥90][采樣間隔（s）

15～30][儀器高量取差值（mm）

≤3][數(shù)據(jù)剔除率

≤10]

4.4 GPS觀測數(shù)據(jù)的處理與平差

GPS基線解算采用TBC軟件，采用廣播星歷對基線進(jìn)行處理，基線處理完成后，及時(shí)對復(fù)測基線差值、同步環(huán)、異步環(huán)閉合差進(jìn)行檢查，確定精度合格后，導(dǎo)出基線，進(jìn)行三維無約束平差（采用武漢大學(xué)所編《CosaGPS》）。

5 山體滑坡變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析

5.1 基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性的分析

山體滑坡變形監(jiān)測共觀測四次，每次觀測前均對三基準(zhǔn)點(diǎn)邊長和大地高差進(jìn)行檢測（均采用GPS觀測），觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見下表3（基準(zhǔn)點(diǎn)GPS基線邊檢測統(tǒng)計(jì)表）、表4（基準(zhǔn)點(diǎn)GPS大地高差的檢查）。

由表3可見，四次觀測三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)之間基線的差值很小，均在限差以內(nèi)，說明三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的相對位置關(guān)系沒變，基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定可靠。

由表4可見，四次觀測三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)間高差的差值很小，均在5mm以內(nèi)，說明三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的相對位置關(guān)系沒有發(fā)生變化，基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定可靠。

5.2 山體滑坡變形監(jiān)測平差結(jié)果的分析

變形監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)共觀測四次，平差結(jié)果的統(tǒng)計(jì)見下表5（二等網(wǎng)GPS歷年觀測精度統(tǒng)計(jì)表）。由表5可見，四次觀測平差結(jié)果都在限差的一半以內(nèi)，說明每次測量外業(yè)完成的較好，測量精度較高， GPS測量方法先進(jìn)，應(yīng)當(dāng)大力推廣。

6 監(jiān)測點(diǎn)沉降位移的統(tǒng)計(jì)與分析

結(jié)合以上四次測量成果，統(tǒng)計(jì)各監(jiān)測點(diǎn)相對基準(zhǔn)點(diǎn)K101大地高差值統(tǒng)計(jì)成果表6。

假定2015年6月1日觀測的各監(jiān)測點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)K101大地高差值為初始值，計(jì)算各監(jiān)測點(diǎn)沉降量值見表7a。

結(jié)合表7的數(shù)據(jù)繪制個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的沉降量位移過程線圖見圖1，監(jiān)測點(diǎn)JD5、JD4沉降較為嚴(yán)重，此段滑坡的可能性較大。監(jiān)測點(diǎn)JD1、JD2沉降較小，暫時(shí)不會出現(xiàn)滑坡。在這里由于篇幅原因只列出了比基準(zhǔn)點(diǎn)低的監(jiān)測點(diǎn)沉降量計(jì)算情況。

7 結(jié)束語

隨著我國北斗系統(tǒng)的發(fā)展，未來GPS接收機(jī)的價(jià)格會更低，采用GPS對山體滑坡監(jiān)測成本大幅降低，而且GPS方法對山體滑坡進(jìn)行監(jiān)測，有操作簡單，精度較高等特點(diǎn)。隨著科學(xué)的發(fā)展，若能將無線藍(lán)牙技術(shù)傳輸與遙控太陽能電池板與GPS相結(jié)合，對山體等危險(xiǎn)源進(jìn)行監(jiān)測，將大大減少測量人員的危險(xiǎn)系數(shù)，使用前景廣闊，值得推薦。

參考文獻(xiàn)：

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