GPS在滑坡位移監測中的應用和精度分析

趙志鵬

(云南省怒江州蘭坪縣國土資源局,云南怒江 671400)

GPS在滑坡位移監測中的應用和精度分析

趙志鵬

(云南省怒江州蘭坪縣國土資源局,云南怒江 671400)

GPS技術具有全天候、自動化、選點靈活、可同時測定點的三維位置與速率等優點,是滑坡監測的一種有效的數據采集手段。本文結合蘭坪縣城南滑坡地質災害群監測的實踐,介紹了GPS用于滑坡變形監測的方法,并通過蘭坪縣城南滑坡位移監測介紹GPS監測的整個過程,包括對GPS的布網、外業觀測、數據處理、變形分析。實踐結果表明,采用GPS靜態定位技術達到mm級的精度,完全可以滿足高精度滑坡監測的要求,為滑坡災害的預報預測提供有效的數據基礎。

地質災害 GPS 精度 滑坡位移監測

滑坡是一種嚴重的地質災害,許多大型基礎設施的建設,如公路建設、礦山開發中切坡都有發生滑坡的可能。這就要求采用一種適合的監測手段,對這些潛在或是正在活動的滑坡體進行變形跟蹤監測,以避免大面積滑坡產生時造成難以預料的損失。

1 工程概述

蘭坪縣城南滑坡自2009年發生以來,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行工程治理,局部滑移蠕變現象比較明顯,為了綜合研究滑坡的位移變形情況,從2007年起至2011年,對城南滑坡群進行全面的位移變形監測。

2 具體應用

根據對現場條件的野外勘查,布設了如圖1所示蘭坪縣城南滑坡GPS變形監測網。城南滑坡的4個基準網點(KJ1,KJ2,KJ3,KJ4)選在滑坡體100～1000m的穩定巖體上。根據滑體的形態特征、變形特征、動力因素及監測預報等具體要素(變形方位、變形量、變形速率等)確定變形監測點位,且這些點位能真實地反映災害地質體變形敏感部位,監測點位位于阻滑段前緣、下滑段前后緣、索引段前緣和滑坡體的剪出口,且能構成7條監測剖面。據此原則蘭坪縣城南滑坡共布設19個變形監測點,設置了5條監測縱剖面和2條橫剖面。監測點距基準點的平均距離為278.9456m,最長邊長為601.3241m,最短邊長為69.763m,均適合GPS觀測。在每一基準點和監測點上,都建GPS觀測墩,且設有強制對中裝置。觀測時GPS接收機固定在滑坡體的外基準點上,另13臺GPS接收機分別安置在監測點上,同步觀測2小時。

3 GPS 技術進行滑坡監測數據采集及控制的分析

3.1 數據收集

在蘭坪城南滑坡GPS位移監測中,對數據的收集要全過程、全天候地實時進行。在收集數據前應先劃分好時段,以利于操作。在工作時段把全部收集到的數據傳至接收數據模塊和處理模塊中。因為事先已經確立好了收集數據的時段,所以可保證系統在收集數據工作中按照一定的頻率有條不紊地進行。水庫的滑坡一般分為孕育、形成、發展、減速、停止等幾個階段,再加之人類活動及外界環境條件改變等因素的影響,使滑坡位移出現復雜的變化,因此在收集數據過程中還須考慮各種可能的影響因素。為了確保所需的監測數據能夠全部收集到,要避免監測系統前端負荷過重,以使其處于穩定狀態。

3.2 滑坡監測過程中的控制

(1)控制好監測系統、信號:因為在GPS 接收機中加入專業的軟件,可使目前監測系統中具有接受數據和處理模塊的功能,所以在系統中適合地引入采樣控制方法,控制好監測系統,將有利于數據的收集。此外,在野外前端數據收集中要控制好信號,可按照實際需要科學地設定信號發送,以利于在操作程序變化時能更好地監測控制指標。

(2)控制數據收集頻率:前端數據收集系統中的單板機具有控制程序,可對其編程,按照現實情況對各種數據收集頻率進行調整,使監測過程中的數據收集頻率可以隨監測點的變動而作出適合地改變。這樣一來,就能很大程度地解決后端監測數據大量堆積的問題。但若遇到強降雨等外界變化而使滑坡位移加速時,將收集頻率提高會更有利于監測數據的收集。因此在數據收集中,須確定好收集頻率調整范圍,以對數據收集頻率進行合理地調整。

(3)精度分析:蘭坪城南滑坡地表變形監測選用的GPS儀器,每期觀測和計算的成果要求基線向量解算的比率要大于3,基線相對中誤差要求小于0.004m。當基線解算符合要求后,根據兩個(或三個)基準點的已知坐標和基準點至監測點的基線向量,求出各監測點的坐標。經網平差之后,水平方向精度優于±5mm、高程方向精度為± 10mm的解算結果認為滿足精度要求

4 滑坡監測中應注意的問題

首先,在滑坡位移監測前,要對GPS監測網的基準點進行穩定性分析,考慮監測區域中是否存在穩定基準點,以保證監測的準確。

其次,對GPS網的復查要從兩個方面來進行,不僅要確保外觀測質量符合要求,還要經由網平差后的質量評價來找出網中是否存在異常值,才能斷定合格。另外,在觀測GPS監測網點時,最好用固定天線高的方法,以避免天線高的誤差。其在對中后,須經過專業人員的檢驗,才能進行下步操作。

5 結語

綜上所述,由于GPS具有全天候、實時、連續三維位移高精度監測特點,測站間又不用通視,作業效率高,勞動強度低,更適合于山體滑坡監測。由于受到氣候、固體潮、電離層等影響,GPS監測(尤其是高程監測)還需要解決一系列技術問題,如衛星軌道誤差,對流層折射影響、基準點坐標確定、周跳修復等。隨著GPS應用領域的不斷拓展,軟、硬件技術的提高,必將推動GPS技術在變形監測方面的廣泛應用。

[1]周小明.GPS技術在滑坡監測中的應用及其數據處理研究[J].中國水利,2011(16).

[2]趙文.GPS技術在滑坡監測淺析[J].中國水利,2012(7).

[3]李征航,黃勁松.GPS測量與數據處理[M].武漢大學出版社,2005.