基于GIS的邊坡變形監測方案優化

摘 要：本文提出從地質學角度全面分析影響邊坡穩定性的地形條件、地質構造、地層分布、巖體類型、水文地質條件、植被分布等主要各種因素及觸發邊坡向失穩方向發展的各種內、外動力和人類工程活動因素，依托GIS空間分析技術，按照因素間的相互影響強度以及隸屬關系，將層次分析法與GIS空間分析相結合，初步分析研究區穩定性分布體系，為邊坡智能監測系統方案的布設提供依據。

關鍵詞：邊坡 智能監測 GIS

中圖分類號：U41 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）09（c）-0050-02

邊坡穩定性受邊坡的巖體結構、賦存環境、邊坡形態等多種復雜因素影響，要了解形變的發展規律以進行長期的合理規劃及安排，從而實現地質災害的防治、防控，必須充分利用高新技術及先進儀器布設合理的監測方案進行周期性監測[1-3]。本文依托GIS空間分析技術，從地質學角度對影響研究區穩定性的各因素進行綜合地分析，為變形監測方案的優化提供了有效的參考，取得了較好效果。

1 基于GIS的穩定性分析

1.1 研究區穩定性影響因素分析

影響邊坡穩定性因素包括靜態、動態因素兩大因素。靜態因素是影響邊坡穩定性的主要因素，通常包括巖體類型、地層分布、地質構造、水文地質條件、地形條件、植被分布、等指標因素。觸發邊坡失穩的各種人類工程活動及內、外動力因素是動態因素，通常包括氣象條件、地震活動及人類活動等。

1.2 層次分析法構建邊坡穩定性評價指標體系

本研究從地質學角度確定9個影響研究區穩定性的指標因素，這九個因素對斜坡穩定性的影響程度各不相同，而每個因素又有不同的影響因子（圖1）。采用數學加權法和專家咨詢法相結界定各影響因素的權重，依據公式（1）計算上述評價指標體系各種因素及因子的綜合影響。

1.3 數學模型及影響因子指標的確定

公式（1）中R為研究單元評分總值，Wi為各影響因素不同影響程度，Pji貢獻函數值，是用來衡量各級別因素的影響程度。

1.4 利用GIS生成影響因素數據文件

利用GIS的空間分析功能生成研究區各影響因素文件，然后將各個影響文件進行疊加分析，對每個柵格通過加權求和運算，遍歷整個研究區得到邊坡穩定狀況空間分布圖，據此對研究區監測網進行優化調整。

2 研究區變形監測方案的優化

首先采用數字水準儀構建研究區首級高程控制，采用靜態雙頻GPS建立首級平面控制。監測方案針對不同區域布設不同級別、不同密度的監測點，利用智能全站儀、測斜儀等先進儀器，進行全天候、周期性智能監測，同時采用三維激光掃描獲取研究區整體變形數據進行分析比較。

2.1 GPS首級控制

參考基于GIS的邊坡穩定狀況分析結果，本著經濟合理、重點突出的基本原則，對研究區分級部網。基本控制網布設在距離邊坡外圍500m左右的穩固區域，保證整個首級控制不受邊坡開挖擾動的影響。首級控制主要由3個基準點及2個工作點構成，基線長度為1km左右。GPS觀測主要存在天線相位中心位置偏差、多路徑誤差、地面起始點誤差、接收機位置誤差、衛星PDOP值等誤差。為確保測站點的可靠性減少主要誤差來源，嚴格按照規范要求進行周期性復測進行反復檢核。

2.2 測量機器人邊坡穩定性監測

參考研究區穩定狀況空間分布情況，在研究區共布設120個監測點組建多層次變形監測網。危險區域點位布設密集，重點監測，依據實際地形劃分8個監測斷面，斷面間距平均為50m，不穩定區域作為次重點監測區，劃分7個監測斷面，斷面間距平均100m，呈網格狀布設。周期性監測采用徠卡TCA2003高端全站儀，配備SmartMonitor軟件，對研究區進行24h自動變形監測，實時數據處理。

2.3 測斜儀深部監測

方案將深部監測與地表監測相配合，依據工程地質條件，布設12個深部監測斷面，36個深部監測點。采用鉆孔測斜儀為主的監測手段，以伺服加速度傳感器為核心技術構建智能測斜系統對邊坡進行深部監測。

2.4 三維激光掃描技術

方案采用三維激光掃描技術構建研究區三維實體模型，以彌補監測點數目的局限性缺陷， 將有限的監測點數所得到的信息與三維激光掃描獲取的整個變形體的情況相比對，獲取坡體的總體變形趨勢及細節。該掃描儀采用非接觸式高速激光測量方式，以點云方式獲取研究區三維表面陣列式幾何圖形數據。具體原理為掃描儀對目標發射激光，通過激光發射和接受的時間差計算出監測點與掃描儀距離，軟件系統依據步進角距值，實時計算出監測點三維坐標并存儲構建研究區的三維幾何模型。

3 結語

GIS空間分析技術應用于邊坡監測工程系統，為優化監測方案提供了有效手段。GIS技術使邊坡系統在處理邊坡三維空間問題方面具有很好的數據適應性，相關地形資料和勘查資料可以很容易轉化成GIS的數據格式，而且越是地形復雜和地質結構復雜的邊坡體越能體現出基于GIS技術系統的優勢。

參考文獻

[1] 黃世秀，洪天求，高飛，等.新橋硫鐵礦邊坡穩定性變形監測系統研究[J].工礦自動化，2010（9）：22-25.

[2] 華前程，徐茂林，楊鳳蕓，等.基于TM30測量機器人邊坡監測系統的研究[J].北京測繪，2014（4）：60-63.

[3] 原濤.北京某深基坑變形監測方法實例分析[J].城市地質，2016，11（1）：52-56.