GPS在滑坡位移監(jiān)測中的應(yīng)用和精度分析

趙志鵬

(云南省怒江州蘭坪縣國土資源局,云南怒江 671400)

GPS在滑坡位移監(jiān)測中的應(yīng)用和精度分析

趙志鵬

(云南省怒江州蘭坪縣國土資源局,云南怒江 671400)

GPS技術(shù)具有全天候、自動(dòng)化、選點(diǎn)靈活、可同時(shí)測定點(diǎn)的三維位置與速率等優(yōu)點(diǎn),是滑坡監(jiān)測的一種有效的數(shù)據(jù)采集手段。本文結(jié)合蘭坪縣城南滑坡地質(zhì)災(zāi)害群監(jiān)測的實(shí)踐,介紹了GPS用于滑坡變形監(jiān)測的方法,并通過蘭坪縣城南滑坡位移監(jiān)測介紹GPS監(jiān)測的整個(gè)過程,包括對(duì)GPS的布網(wǎng)、外業(yè)觀測、數(shù)據(jù)處理、變形分析。實(shí)踐結(jié)果表明,采用GPS靜態(tài)定位技術(shù)達(dá)到mm級(jí)的精度,完全可以滿足高精度滑坡監(jiān)測的要求,為滑坡災(zāi)害的預(yù)報(bào)預(yù)測提供有效的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

地質(zhì)災(zāi)害 GPS 精度 滑坡位移監(jiān)測

滑坡是一種嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害,許多大型基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè),如公路建設(shè)、礦山開發(fā)中切坡都有發(fā)生滑坡的可能。這就要求采用一種適合的監(jiān)測手段,對(duì)這些潛在或是正在活動(dòng)的滑坡體進(jìn)行變形跟蹤監(jiān)測,以避免大面積滑坡產(chǎn)生時(shí)造成難以預(yù)料的損失。

1 工程概述

蘭坪縣城南滑坡自2009年發(fā)生以來,通過2001～2005年三期的工程治理,滑坡體Ⅰ、Ⅰ1、Ⅱ1、Ⅲ、Ⅳ滑塊危害得到了控制,但是,Ⅰ3、Ⅰ4、Ⅱ5、Ⅲ2、Ⅳ7滑塊因資金原因未進(jìn)行工程治理,局部滑移蠕變現(xiàn)象比較明顯,為了綜合研究滑坡的位移變形情況,從2007年起至2011年,對(duì)城南滑坡群進(jìn)行全面的位移變形監(jiān)測。

2 具體應(yīng)用

根據(jù)對(duì)現(xiàn)場條件的野外勘查,布設(shè)了如圖1所示蘭坪縣城南滑坡GPS變形監(jiān)測網(wǎng)。城南滑坡的4個(gè)基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)(KJ1,KJ2,KJ3,KJ4)選在滑坡體100～1000m的穩(wěn)定巖體上。根據(jù)滑體的形態(tài)特征、變形特征、動(dòng)力因素及監(jiān)測預(yù)報(bào)等具體要素(變形方位、變形量、變形速率等)確定變形監(jiān)測點(diǎn)位,且這些點(diǎn)位能真實(shí)地反映災(zāi)害地質(zhì)體變形敏感部位,監(jiān)測點(diǎn)位位于阻滑段前緣、下滑段前后緣、索引段前緣和滑坡體的剪出口,且能構(gòu)成7條監(jiān)測剖面。據(jù)此原則蘭坪縣城南滑坡共布設(shè)19個(gè)變形監(jiān)測點(diǎn),設(shè)置了5條監(jiān)測縱剖面和2條橫剖面。監(jiān)測點(diǎn)距基準(zhǔn)點(diǎn)的平均距離為278.9456m,最長邊長為601.3241m,最短邊長為69.763m,均適合GPS觀測。在每一基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測點(diǎn)上,都建GPS觀測墩,且設(shè)有強(qiáng)制對(duì)中裝置。觀測時(shí)GPS接收機(jī)固定在滑坡體的外基準(zhǔn)點(diǎn)上,另13臺(tái)GPS接收機(jī)分別安置在監(jiān)測點(diǎn)上,同步觀測2小時(shí)。

3 GPS 技術(shù)進(jìn)行滑坡監(jiān)測數(shù)據(jù)采集及控制的分析

3.1 數(shù)據(jù)收集

在蘭坪城南滑坡GPS位移監(jiān)測中,對(duì)數(shù)據(jù)的收集要全過程、全天候地實(shí)時(shí)進(jìn)行。在收集數(shù)據(jù)前應(yīng)先劃分好時(shí)段,以利于操作。在工作時(shí)段把全部收集到的數(shù)據(jù)傳至接收數(shù)據(jù)模塊和處理模塊中。因?yàn)槭孪纫呀?jīng)確立好了收集數(shù)據(jù)的時(shí)段,所以可保證系統(tǒng)在收集數(shù)據(jù)工作中按照一定的頻率有條不紊地進(jìn)行。水庫的滑坡一般分為孕育、形成、發(fā)展、減速、停止等幾個(gè)階段,再加之人類活動(dòng)及外界環(huán)境條件改變等因素的影響,使滑坡位移出現(xiàn)復(fù)雜的變化,因此在收集數(shù)據(jù)過程中還須考慮各種可能的影響因素。為了確保所需的監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠全部收集到,要避免監(jiān)測系統(tǒng)前端負(fù)荷過重,以使其處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 滑坡監(jiān)測過程中的控制

(1)控制好監(jiān)測系統(tǒng)、信號(hào):因?yàn)樵贕PS 接收機(jī)中加入專業(yè)的軟件,可使目前監(jiān)測系統(tǒng)中具有接受數(shù)據(jù)和處理模塊的功能,所以在系統(tǒng)中適合地引入采樣控制方法,控制好監(jiān)測系統(tǒng),將有利于數(shù)據(jù)的收集。此外,在野外前端數(shù)據(jù)收集中要控制好信號(hào),可按照實(shí)際需要科學(xué)地設(shè)定信號(hào)發(fā)送,以利于在操作程序變化時(shí)能更好地監(jiān)測控制指標(biāo)。

(2)控制數(shù)據(jù)收集頻率:前端數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)中的單板機(jī)具有控制程序,可對(duì)其編程,按照現(xiàn)實(shí)情況對(duì)各種數(shù)據(jù)收集頻率進(jìn)行調(diào)整,使監(jiān)測過程中的數(shù)據(jù)收集頻率可以隨監(jiān)測點(diǎn)的變動(dòng)而作出適合地改變。這樣一來,就能很大程度地解決后端監(jiān)測數(shù)據(jù)大量堆積的問題。但若遇到強(qiáng)降雨等外界變化而使滑坡位移加速時(shí),將收集頻率提高會(huì)更有利于監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集。因此在數(shù)據(jù)收集中,須確定好收集頻率調(diào)整范圍,以對(duì)數(shù)據(jù)收集頻率進(jìn)行合理地調(diào)整。

(3)精度分析:蘭坪城南滑坡地表變形監(jiān)測選用的GPS儀器,每期觀測和計(jì)算的成果要求基線向量解算的比率要大于3,基線相對(duì)中誤差要求小于0.004m。當(dāng)基線解算符合要求后,根據(jù)兩個(gè)(或三個(gè))基準(zhǔn)點(diǎn)的已知坐標(biāo)和基準(zhǔn)點(diǎn)至監(jiān)測點(diǎn)的基線向量,求出各監(jiān)測點(diǎn)的坐標(biāo)。經(jīng)網(wǎng)平差之后,水平方向精度優(yōu)于±5mm、高程方向精度為± 10mm的解算結(jié)果認(rèn)為滿足精度要求

4 滑坡監(jiān)測中應(yīng)注意的問題

首先,在滑坡位移監(jiān)測前,要對(duì)GPS監(jiān)測網(wǎng)的基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行穩(wěn)定性分析,考慮監(jiān)測區(qū)域中是否存在穩(wěn)定基準(zhǔn)點(diǎn),以保證監(jiān)測的準(zhǔn)確。

其次,對(duì)GPS網(wǎng)的復(fù)查要從兩個(gè)方面來進(jìn)行,不僅要確保外觀測質(zhì)量符合要求,還要經(jīng)由網(wǎng)平差后的質(zhì)量評(píng)價(jià)來找出網(wǎng)中是否存在異常值,才能斷定合格。另外,在觀測GPS監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)時(shí),最好用固定天線高的方法,以避免天線高的誤差。其在對(duì)中后,須經(jīng)過專業(yè)人員的檢驗(yàn),才能進(jìn)行下步操作。

5 結(jié)語

綜上所述,由于GPS具有全天候、實(shí)時(shí)、連續(xù)三維位移高精度監(jiān)測特點(diǎn),測站間又不用通視,作業(yè)效率高,勞動(dòng)強(qiáng)度低,更適合于山體滑坡監(jiān)測。由于受到氣候、固體潮、電離層等影響,GPS監(jiān)測(尤其是高程監(jiān)測)還需要解決一系列技術(shù)問題,如衛(wèi)星軌道誤差,對(duì)流層折射影響、基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)確定、周跳修復(fù)等。隨著GPS應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展,軟、硬件技術(shù)的提高,必將推動(dòng)GPS技術(shù)在變形監(jiān)測方面的廣泛應(yīng)用。

[1]周小明.GPS技術(shù)在滑坡監(jiān)測中的應(yīng)用及其數(shù)據(jù)處理研究[J].中國水利,2011(16).

[2]趙文.GPS技術(shù)在滑坡監(jiān)測淺析[J].中國水利,2012(7).

[3]李征航,黃勁松.GPS測量與數(shù)據(jù)處理[M].武漢大學(xué)出版社,2005.