GPS在山体滑坡监测中的应用

精品文档GPS在山体滑坡监测中的应用 摘 要：通过采用GPS测量方法对山体滑坡监测可行性进行论证，说明GPS观测的大地高虽然有误差，但同一时段观测的大地高差值是一定值，即同时段的同步闭合环精度较好，我们可以利用这一原理，采用多台同时GPS对山体滑坡进行观测，观测后采用高差变化的大小来衡量山体的沉降量，其测量方法简单，效益可观。在数据分析时引入过程线法进行山体滑坡过程分析，将山体沉降过程直观的反应出来，使用者容易理解，便于做出正确的预案，防患于未然。 关键词：山体滑坡； GPS；基准点；监测点；垂直位移；大地高差 1 山体滑坡监测的目的 某山区公路段，道路崎岖，伴山而行，山体土质较松软，遇到大暴雨，经常出现滑坡和山体塌方，给居住在附近的居民群的生命和财产造成了巨大损失，为了及时预测山体的滑坡与塌方，减少损失，受相关部门委托对不稳定山体进行监测。 2 山体滑坡监测的具体工作 相关部门之前已建立了，山体的变形监测基准点和监测点，本次工作重点是对基准点、监测点进行观测，并对观测值进行分析，确定山体滑坡的位移值，预测山体是否会发生滑坡或塌方。 3 采用GPS测量方法对山体滑坡监测可行性的论证 本工程具有详细的设计文件，确定了观测方法，即平面采用测量小机器人，高程采用四等水准进行观测。随着时间的流逝，多处山体出现塌方、多处山体被雨水冲出大沟，人行走都比较困难。由于本人长期从事对水库变形监测工作，而水库变形监测最常用的方法便是GPS测量方法，此方法监测水平位移可到毫米级，可垂直位移精度较差，不同观测周期，观测同一点的大地高可以相差几米，甚至几十米，那么此方法能完成垂直位移监测的任务吗？为此我们将玛纳斯塔西河石门子水库变形监测的观测的GPS数据进行分析、比较发现，GPS观测的大地高精度虽然较差，但各点的高差确是一定值详见表1，由表1可见各点2011-2015年观测的值与工作基点TS1的大地高差中差值最大的为ZB1-TS1为18.7mm、最小的为ZB2-TS1为4.7mm，扣除水库沉降，和观测中ZB1采用脚架观测，测量仪器高的误差，我们认为各点的大地高差值基本恒定，精度在毫米级，满足三等水准的精度要求，可以满足山体滑坡监测垂直位移的精度，因此我们只要将垂直位移基准由原来的水准高程，变换为测点与工作基点的高差，研究高差的变化，既是研究监测点的沉降变化。研究监测点沉降只有两种情况：监测点高于基准点时，基准点稳定，则高差绝对值变小，意味着监测点下沉，在这种情况下，监测点只有滑坡的可能性，因此高差绝对值只能变小，没有变大的可能性；监测点低于基准点时，基准点稳定，则高差绝对值变大，意味着监测点下沉，在这种情况下，监测点只有滑坡的可能性，因此高差绝对值只能变大，没有变小的可能性。因此应将监测点分为两类进行统计，即，a：高于基准点的监测点，b：低于基准点的监测点，分析时也按这样两类进行分析，就可以减少分析出错的可能性。（表1） 通过上述研究我们认为采用GPS方法进行山体滑坡监测方法可行，为此我们将本次山体滑坡监测方案确定采用GPS方法进行观测。 4 GPS 监测山体位移技术的实测 4.1 山体滑坡监测周围环境 山体滑坡路段方圆两公里内没有高压线，没有大功率电台，地势开阔，便于GPS卫星信号的接受，有利于GPS观测，为提高GPS观测精度提供了有利的条件。 4.2 GPS测量采用的仪器及平差软件 监测网布设为二级GPS网，采用目前最为先进的Trimble R8双频GPS接机（标称精度3mm+0.5ppmD）进行施测。观测数据采用科傻平差软件进行数据处理。 4.3 二等级GPS监测网的观测 二等级GPS监测网的观测严格按基准网及变形监测网均按（SL 197-2013）中相应的二等网观测技术要求中的规定进行观测，详见表2。 表2 二等GPS观测技术要求 &等级 二卫星截止高度角（o） 20同时观测有效卫星数 4观测时段数 2时段长度（min） 90采样间隔（s） 1530仪器高量取差值（mm） 3数据剔除率 10 4.4 GPS观测数据的处理与平差 GPS基线解算采用TBC软件，采用广播星历对基线进行处理，基线处理完成后，及时对复测基线差值、同步环、异步环闭合差进行检查，确定精度合格后，导出基线，进行三维无约束平差（采用武汉大学所编CosaGPS）。 5 山体滑坡变形监测数据的分析 5.1 基准点稳定性的分析 山体滑坡变形监测共观测四次，每次观测前均对三基准点边长和大地高差进行检测（均采用GPS观测），观测数据统计见下表3（基准点GPS基线边检测统计表）、表4（基准点GPS大地高差的检查）。 由表3可见，四次观测三个基准点之间基线的差值很小，均在限差以内，说明三个基准点的相对位置关系没变，基准点稳定可靠。 由表4可见，四次观测三个基准点间高差的差值很小，均在5mm以内，说明三个基准点的相对位置关系没有发生变化，基准点稳定可靠。 5.2 山体滑坡变形监测平差结果的分析 变形监测基准网共观测四次，平差结果的统计见下表5（二等网GPS历年观测精度统计表）。由表5可见，四次观测平差结果都在限差的一半以内，说明每次测量外业完成的较好，测量精度较高， GPS测量方法先进，应当大力推广。 6 监测点沉降位移的统计与分析 结合以上四次测量成果，统计各监测点相对基准点K101大地高差值统计成果表6。 假定2015年6月1日观测的各监测点与基准点K101大地高差值为初始值，计算各监测点沉降量值见表7a。 结合表7的数据绘制个监测点的沉降量位移过程线图见图1，监测点JD5、JD4沉降较为严重，此段滑坡的可能性较大。监测点JD1、JD2沉降较小，暂时不会出现滑坡。在这里由于篇幅原因只列出了比基准点低的监测点沉降量计算情况。 7 结束语 随着我国北斗系统的发展，未来GPS接收机的价格会更低，采用GPS对山体滑坡监测成本大幅降低，而且GPS方法对山体滑坡进行监测，有操作简单，精度较高等特点。随着科学的发展，若能将无线蓝牙技术传输与遥控太阳能电池板与GPS相结合，对山体等危险源进行监测，将大大减少测量人员的危险系数，使用前景广阔，值得推荐。 参考文献： 1李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理M.武汉：武汉大学出版社，2013.1. 2徐绍铨，张海华，杨志