實(shí)時(shí)GPS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在滑坡變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用思考

吳幫強(qiáng)

（重慶一三六地質(zhì)隊(duì)，重慶 401147）

引言

所謂實(shí)時(shí)GPS技術(shù)就是地理信息定位系統(tǒng)能夠?qū)Φ乩硇畔⑦M(jìn)行有效監(jiān)控，而自然界普遍存在各種荷載變形體，其形狀大小和受力情況隨時(shí)間發(fā)生明顯變化，變形體的變形是允許的，但如果超過(guò)允許的范圍，就會(huì)引發(fā)非常嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，利用專業(yè)的實(shí)時(shí)GPS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)滑坡現(xiàn)象進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，能夠?qū)ψ冃吻闆r進(jìn)行有效干預(yù)和預(yù)警預(yù)報(bào)。

一、實(shí)時(shí)GPS變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

全球定位系統(tǒng)GPS(Global Positioning System),以其連續(xù)、實(shí)時(shí)、高精度、全天候測(cè)量和自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn),對(duì)經(jīng)典大地測(cè)量學(xué)以及地球動(dòng)力學(xué)研究的諸多方面產(chǎn)生了極其深刻的影響。在實(shí)時(shí)GPS變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)，主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、防雷系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、后期數(shù)據(jù)處理、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)安全維護(hù)系統(tǒng)等。目前，GPS技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類變形監(jiān)測(cè)中，如城市地面沉降變形監(jiān)測(cè)、大壩變形監(jiān)測(cè)、橋梁變形監(jiān)測(cè)、滑坡監(jiān)測(cè)、高層建筑物變形監(jiān)測(cè)、礦區(qū)變形監(jiān)測(cè)等等。通過(guò)對(duì)GPS、GLONASS、北斗的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，能夠?qū)崿F(xiàn)分布式運(yùn)行，還可以利用大數(shù)據(jù)對(duì)所接收的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行快速處理，從而提高數(shù)據(jù)變形監(jiān)測(cè)的整體安全性。實(shí)時(shí)GPS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠通過(guò)周期性的重復(fù)訓(xùn)練。對(duì)被測(cè)物體變形速率進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，如果被監(jiān)測(cè)的變形體速率緩慢，可以采用傳統(tǒng)的靜態(tài)GPS監(jiān)測(cè)以及連續(xù)GPS監(jiān)測(cè)。如果被偵測(cè)體變形速度非?？?，監(jiān)測(cè)環(huán)境比較惡劣時(shí)，也應(yīng)該采用實(shí)時(shí)GPS動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。有效對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行合理控制，確保監(jiān)測(cè)的精度達(dá)到厘米級(jí)別。在GPS變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)，能夠判斷滑坡邊界，還能夠根據(jù)實(shí)時(shí)GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行正確處理，確?；逻吔绲玫胶侠砜刂?，還能夠通過(guò)實(shí)時(shí)GPS變形監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)成果進(jìn)行分析，把握滑坡區(qū)域的動(dòng)態(tài)變化情況，根據(jù)實(shí)時(shí)GPS變形監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確處理，也能夠?qū)崿F(xiàn)分區(qū)分塊監(jiān)測(cè)預(yù)警，根據(jù)地面巡查結(jié)果進(jìn)行有效監(jiān)督。

GPS可以作為現(xiàn)代大地測(cè)量的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)三維大地測(cè)量。操作簡(jiǎn)單方便。不需查看國(guó)際，即可同時(shí)測(cè)量點(diǎn)的三維位移。不受氣候條件限制，很容易實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化。通過(guò)優(yōu)化算法可以減弱或者消除系統(tǒng)誤差的影響，可以直接使用地面高度測(cè)量垂直變形。特別是，滑坡監(jiān)測(cè)最關(guān)心的是監(jiān)測(cè)兩個(gè)階段獲得的監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)之間的差異，而不是監(jiān)測(cè)點(diǎn)本身的坐標(biāo)。這樣，即使兩個(gè)階段的監(jiān)視中包含的共同系統(tǒng)錯(cuò)誤分別影響兩個(gè)階段的坐標(biāo)值，也不會(huì)影響獲得的變形。因此，GPS技術(shù)在變形監(jiān)測(cè)中迅速推進(jìn)，成為一種滑坡監(jiān)測(cè)新技術(shù)。GPS滑坡變形監(jiān)測(cè)方法。周期模式如果可以認(rèn)為泥石流的變形率非常慢，在當(dāng)?shù)貢r(shí)間和空間區(qū)域穩(wěn)定，則使用多個(gè)GPS接收器定期逐點(diǎn)手動(dòng)收集數(shù)據(jù)，相位間變形通過(guò)后處理獲得。連續(xù)性模式。GPS監(jiān)測(cè)技術(shù)的持續(xù)運(yùn)行主要利用GPS高精度、自動(dòng)化、全天候的優(yōu)勢(shì)，不需要在測(cè)量點(diǎn)之間查看，已廣泛應(yīng)用于地殼變形監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。根據(jù)不同的數(shù)據(jù)處理方法，連續(xù)GPS監(jiān)測(cè)技術(shù)分為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和固定連續(xù)采集參考站。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)主要用于監(jiān)測(cè)目標(biāo)的動(dòng)態(tài)變化，數(shù)據(jù)收集密度高，實(shí)時(shí)計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的位置。

二、實(shí)時(shí)GPS變形監(jiān)測(cè)存在的問(wèn)題以及解決措施

目前實(shí)時(shí)GPS變形監(jiān)測(cè)在工作區(qū)域內(nèi)，由于受到網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度的影響，有部分網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常出現(xiàn)掉線的問(wèn)題，造成數(shù)據(jù)傳輸中斷。為此應(yīng)該通過(guò)增加外部通訊模塊的方式，確保信號(hào)強(qiáng)度得到有效提高，保證數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可持續(xù)。如果受到降雨降雪天氣的影響，很容易造成太陽(yáng)能電池板無(wú)法持續(xù)供電，需要通過(guò)人工除雪。要根據(jù)不同的季節(jié)，對(duì)太陽(yáng)能電池板的方向和角度進(jìn)行及時(shí)清理，避免積雪在太陽(yáng)板上停留過(guò)長(zhǎng)時(shí)間。有時(shí)候衛(wèi)星信號(hào)的路徑影響非常大，還可能引起短時(shí)間或者瞬間跳動(dòng)的情況，造成數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏移，要積極針對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，確保數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠。

目前很多區(qū)域都采用實(shí)時(shí)GPS變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)對(duì)礦山的利用狀況進(jìn)行調(diào)查，而且調(diào)查精度更高，通過(guò)衛(wèi)星掃描能夠不受天氣環(huán)境的影響，無(wú)論什么樣的時(shí)間都能夠獲得第1手調(diào)查數(shù)據(jù)。為了能夠確保實(shí)時(shí)GPS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在滑坡試驗(yàn)中監(jiān)測(cè)結(jié)果的有效性，我們可以使用全站儀測(cè)量技術(shù)同GPS單歷元技術(shù)來(lái)進(jìn)一步觀察并監(jiān)測(cè)出滑坡變形的整個(gè)過(guò)程看，雖然全站儀的監(jiān)測(cè)頻率比較低，同時(shí)全站儀的兩個(gè)監(jiān)測(cè)位置還有2m的距離，在滑坡變形過(guò)程中，滑坡體上會(huì)有很多的裂縫，所以導(dǎo)致滑坡在每個(gè)方向上的變形情況都是不一樣的，但是實(shí)時(shí)GPS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)結(jié)果同全站儀的監(jiān)測(cè)結(jié)果還是比較相接近的，同實(shí)時(shí)GPS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)誤差大約在15mm左右，證明實(shí)時(shí)GPS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)結(jié)果是非常可靠的。

對(duì)于GPS自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中，精密測(cè)量GPS接收器的價(jià)格非常高，因此系統(tǒng)建設(shè)成本很高。因此，由于費(fèi)用高，適用于滑坡監(jiān)測(cè)受到很大限制。GPS天線陣列監(jiān)控技術(shù)是在監(jiān)控點(diǎn)安裝GPS天線，通過(guò)天線電纜連接到接收器的技術(shù)，系統(tǒng)可以根據(jù)串口設(shè)置自動(dòng)連接，以獲得每個(gè)天線的衛(wèi)星接收信號(hào)。因此，在增加監(jiān)視點(diǎn)的數(shù)量時(shí)，不要增加GPS接收器，只需要增加與接收天線連接的天線電纜，從而大大降低了硬件成本。其他領(lǐng)域只有一個(gè)GPS接收器，可以降低系統(tǒng)的通信成本和數(shù)據(jù)處理復(fù)雜性。GPS天線陣列的數(shù)據(jù)處理方法與連續(xù)駕駛監(jiān)控技術(shù)相同，可以更準(zhǔn)確地獲取監(jiān)控點(diǎn)。