滑坡變形監(jiān)測過程中GPS技術(shù)的應(yīng)用

陳俊

（廣西壯族自治區(qū)地球物理勘察院廣西柳州545005）

滑坡變形監(jiān)測過程中GPS技術(shù)的應(yīng)用

陳俊

（廣西壯族自治區(qū)地球物理勘察院廣西柳州545005）

介紹了用于滑坡變形監(jiān)測GPS技術(shù)而且還闡明了極其重要的滑坡監(jiān)測的方法，其次分析了常規(guī)滑坡監(jiān)測的大地測量技術(shù)，并比較重點(diǎn)的介紹了GPS技術(shù)應(yīng)用滑坡監(jiān)測的優(yōu)缺點(diǎn)，最后根據(jù)GPS天線陣列技術(shù)和滑坡監(jiān)測的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)了一套GPS天線陣列滑坡監(jiān)測系統(tǒng)，并在一個電站的滑坡進(jìn)行現(xiàn)場測試，對數(shù)據(jù)處理結(jié)果的精度和監(jiān)測系統(tǒng)的硬件成本進(jìn)行了比較分析。

滑坡變形監(jiān)測GPS技術(shù)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展并伴隨著建立了一些大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施，在未來幾十年內(nèi)我國將陸續(xù)建成許許多多的大型水利工程。對于著些工程的建設(shè)完工，這必然會促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，但是也存在著許多的問題，例如導(dǎo)致庫岸邊坡所在的地質(zhì)環(huán)境發(fā)生重大的變化經(jīng)常是由于庫區(qū)的高蓄水所引發(fā)的，這樣的加劇工作區(qū)域不僅會產(chǎn)生古滑坡更會產(chǎn)生新的滑坡。

1　 GPS滑坡變形監(jiān)測的方法

GPS用于滑坡變形監(jiān)測的工作方式可分為連續(xù)性模式和周期性模式兩種。

1.1連續(xù)性模式

GPS連續(xù)監(jiān)測技術(shù)主要是運(yùn)用了GPS的全自動化、全天、精度高以及測點(diǎn)相互之間不需要通視等特點(diǎn)，它現(xiàn)在已經(jīng)普遍的運(yùn)用在地殼變形監(jiān)測等相關(guān)領(lǐng)域。

由于數(shù)據(jù)運(yùn)用不同的處理方式，所以GPS連續(xù)監(jiān)測技術(shù)被分為固定連續(xù)運(yùn)行監(jiān)測和實(shí)時動態(tài)監(jiān)測參考站。

實(shí)時動態(tài)監(jiān)測主要是用來監(jiān)測目標(biāo)體的動態(tài)形變，數(shù)據(jù)采集密度相對集中，實(shí)時實(shí)地的計(jì)算出每個歷元所在的位置，比如說大橋在較大的負(fù)載作用下的快速變形、在風(fēng)載荷的吹動下高層建筑物的擺動形變等等。

1.2周期性模式

當(dāng)滑坡的變形速度相對慢，在部分空間和時間內(nèi)也可以認(rèn)為相對穩(wěn)定時，使用GPS接收機(jī)，運(yùn)用人工隔一時間段來采集數(shù)據(jù)，通過處理獲得不同期間之間的形變。

山西寶塔的GPS形變監(jiān)測，此類方法特別不適用于短邊監(jiān)測，其邊長的絕對精度可達(dá)9-10。

周期性模式缺點(diǎn)是監(jiān)測精度一般比較低。勞動強(qiáng)度相對要大一些，響應(yīng)速度相對的慢，不能持續(xù)的用于監(jiān)測大壩的變形。

突出點(diǎn)是簡單、節(jié)約、耗資少，而且GPS接收機(jī)也可以與其他工程進(jìn)行共享，容易解決的是設(shè)備的用電和安全問題；連續(xù)性模式的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)全自動化的控制系統(tǒng)，能很好地消除或者減弱接收機(jī)天線的安置誤差所造成的影響。而且采集觀測數(shù)據(jù)點(diǎn)比較多，我們一般可以通過濾波和平滑等高技術(shù)來提高結(jié)果的精確度。弱點(diǎn)是每個變形監(jiān)測點(diǎn)上都需要長期安置一臺或者幾臺GPS雙頻接收機(jī)和一套或者幾套通訊設(shè)備系統(tǒng)，造成成本較高、精度較低，到目前為止還有許多問題沒有解決。由于考慮到周期性模式也是滑坡監(jiān)測中的一種有效的手段，故我們可以在周期性和連續(xù)性模式之間尋找一種相對的平衡，這樣可以克服相互的缺點(diǎn)又可以充分的發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，這就是所謂的GPS天線陣列監(jiān)測技術(shù)。

2　GPS天線陣列滑坡監(jiān)測工程實(shí)例

GPS天線陣列監(jiān)測技術(shù)說的簡單一點(diǎn)就是在監(jiān)測點(diǎn)上外置一個GPS天線，運(yùn)用一個外置的天線電纜和接收機(jī)連接，系統(tǒng)就能夠完全的按照并列串口的設(shè)置，自動獲取并連接到各個天線的衛(wèi)星訊號。所以在加監(jiān)測點(diǎn)數(shù)時，這樣就不需要增加GPS接收機(jī)，僅僅只是需要增加一些接收天線和與之連接的無線電纜，最終達(dá)到硬件成本大幅度的降低。另外對于一個區(qū)域中僅有一臺GPS接收機(jī)的情況下，削減系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜程度和通訊成本價格，然而GPS天線陣列的一般處理方式和連續(xù)運(yùn)行監(jiān)測技術(shù)上的數(shù)據(jù)一般處理方式并不一樣，使的取得監(jiān)測點(diǎn)精度相對會比較高一些。一些人為了比較GPS天線陣列監(jiān)測的精度度，在湖南的一個電站的滑坡進(jìn)行了相關(guān)的測試。系統(tǒng)是選取了一塊相對開闊的監(jiān)測區(qū)域與兩個準(zhǔn)確的基準(zhǔn)站，通訊方案是選用了無線擴(kuò)頻的技術(shù)。開始把各個監(jiān)測點(diǎn)此持續(xù)進(jìn)行為期一周靜態(tài)監(jiān)測，并同時又添加進(jìn)來兩個IgS跟蹤數(shù)據(jù)站，采用比較相對專業(yè)的Ternese軟件進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，最終算出了基準(zhǔn)站以及各個監(jiān)測點(diǎn)相對精確的WGS-84坐標(biāo)值。后就像規(guī)律性的GPS的測量模式一樣，設(shè)置了一些基礎(chǔ)性的參數(shù)如采樣頻率為14秒、切換時間為1.5小時、高度角為16度。最終通過擴(kuò)頻無線的高科技技術(shù)將數(shù)據(jù)實(shí)時實(shí)地的傳到數(shù)據(jù)處理中心，經(jīng)過DC算法最后算出各個監(jiān)測點(diǎn)的形變?？梢赃x取一個監(jiān)測點(diǎn)G008，后面為20d，合計(jì)一共約為60期的數(shù)據(jù)的四個方向的內(nèi)符合其變形的過程。假如需要進(jìn)行連續(xù)的實(shí)時觀測，我們需要選擇其中12個比較重要的監(jiān)測點(diǎn)；如果我們選用天線陣列接收機(jī)的話，那結(jié)果就與連續(xù)實(shí)時觀測的結(jié)果大同小異，采用了16個典型的監(jiān)測觀點(diǎn)，進(jìn)行連續(xù)準(zhǔn)確的實(shí)時觀測。

3　結(jié)論

（1）一般的的大地測量技術(shù)與現(xiàn)在的GPS技術(shù)相比它有相對奇特的優(yōu)越性。周期性的循環(huán)模式，作業(yè)相對比較簡單，在實(shí)際生活中應(yīng)用相對比較多；連續(xù)性模式精確度高，硬件成本一般比較高，并且在滑坡的實(shí)際監(jiān)測應(yīng)用中相對會比較少。

（2）選用GPS天線陣列的技術(shù)創(chuàng)建的實(shí)時實(shí)地在線監(jiān)測系統(tǒng)，經(jīng)過某一個特定的電站進(jìn)行測試表明，這類型的監(jiān)測技術(shù)可以極大的減少硬件的成本，而且又最終可以達(dá)到毫米級的監(jiān)測精度，最終滿足了形變監(jiān)測的要求，具有長遠(yuǎn)的實(shí)際意義。

（3）創(chuàng)建實(shí)時的在線監(jiān)測系統(tǒng)采用GPS天線陣列技術(shù)，主要時通過一些特定的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，可以把各個監(jiān)測區(qū)域的地下水、地表水和溫度等滑坡形變因變量融洽的結(jié)合在一起，提高了實(shí)時實(shí)地的滑坡分析預(yù)報，極大程度的提高了滑坡安全監(jiān)測的質(zhì)量管理水平。

[1]文海家，張永興，柳源．滑坡預(yù)報國內(nèi)外研究動態(tài)及發(fā)展趨勢[J]．中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2004，15(1):1-2.

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[4]王衛(wèi)東，夏麗，寇珊珊,等．邊坡變形監(jiān)測技術(shù)分析[J]．山東水利，2003(12):36-37.

P694[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-7-205-1