GPS在滑坡位移监测中的应用和精度分析

赵志鹏

(云南省怒江州兰坪县国土资源局,云南怒江 671400)

GPS在滑坡位移监测中的应用和精度分析

赵志鹏

(云南省怒江州兰坪县国土资源局,云南怒江 671400)

GPS技术具有全天候、自动化、选点灵活、可同时测定点的三维位置与速率等优点,是滑坡监测的一种有效的数据采集手段。本文结合兰坪县城南滑坡地质灾害群监测的实践,介绍了GPS用于滑坡变形监测的方法,并通过兰坪县城南滑坡位移监测介绍GPS监测的整个过程,包括对GPS的布网、外业观测、数据处理、变形分析。实践结果表明,采用GPS静态定位技术达到mm级的精度,完全可以满足高精度滑坡监测的要求,为滑坡灾害的预报预测提供有效的数据基础。

地质灾害 GPS 精度 滑坡位移监测

滑坡是一种严重的地质灾害,许多大型基础设施的建设,如公路建设、矿山开发中切坡都有发生滑坡的可能。这就要求采用一种适合的监测手段,对这些潜在或是正在活动的滑坡体进行变形跟踪监测,以避免大面积滑坡产生时造成难以预料的损失。

1 工程概述

兰坪县城南滑坡自2009年发生以来,通过2001～2005年三期的工程治理,滑坡体Ⅰ、Ⅰ1、Ⅱ1、Ⅲ、Ⅳ滑块危害得到了控制,但是,Ⅰ3、Ⅰ4、Ⅱ5、Ⅲ2、Ⅳ7滑块因资金原因未进行工程治理,局部滑移蠕变现象比较明显,为了综合研究滑坡的位移变形情况,从2007年起至2011年,对城南滑坡群进行全面的位移变形监测。

2 具体应用

根据对现场条件的野外勘查,布设了如图1所示兰坪县城南滑坡GPS变形监测网。城南滑坡的4个基准网点(KJ1,KJ2,KJ3,KJ4)选在滑坡体100～1000m的稳定岩体上。根据滑体的形态特征、变形特征、动力因素及监测预报等具体要素(变形方位、变形量、变形速率等)确定变形监测点位,且这些点位能真实地反映灾害地质体变形敏感部位,监测点位位于阻滑段前缘、下滑段前后缘、索引段前缘和滑坡体的剪出口,且能构成7条监测剖面。据此原则兰坪县城南滑坡共布设19个变形监测点,设置了5条监测纵剖面和2条横剖面。监测点距基准点的平均距离为278.9456m,最长边长为601.3241m,最短边长为69.763m,均适合GPS观测。在每一基准点和监测点上,都建GPS观测墩,且设有强制对中装置。观测时GPS接收机固定在滑坡体的外基准点上,另13台GPS接收机分别安置在监测点上,同步观测2小时。

3 GPS 技术进行滑坡监测数据采集及控制的分析

3.1 数据收集

在兰坪城南滑坡GPS位移监测中,对数据的收集要全过程、全天候地实时进行。在收集数据前应先划分好时段,以利于操作。在工作时段把全部收集到的数据传至接收数据模块和处理模块中。因为事先已经确立好了收集数据的时段,所以可保证系统在收集数据工作中按照一定的频率有条不紊地进行。水库的滑坡一般分为孕育、形成、发展、减速、停止等几个阶段,再加之人类活动及外界环境条件改变等因素的影响,使滑坡位移出现复杂的变化,因此在收集数据过程中还须考虑各种可能的影响因素。为了确保所需的监测数据能够全部收集到,要避免监测系统前端负荷过重,以使其处于稳定状态。

3.2 滑坡监测过程中的控制

(1)控制好监测系统、信号:因为在GPS 接收机中加入专业的软件,可使目前监测系统中具有接受数据和处理模块的功能,所以在系统中适合地引入采样控制方法,控制好监测系统,将有利于数据的收集。此外,在野外前端数据收集中要控制好信号,可按照实际需要科学地设定信号发送,以利于在操作程序变化时能更好地监测控制指标。

(2)控制数据收集频率:前端数据收集系统中的单板机具有控制程序,可对其编程,按照现实情况对各种数据收集频率进行调整,使监测过程中的数据收集频率可以随监测点的变动而作出适合地改变。这样一来,就能很大程度地解决后端监测数据大量堆积的问题。但若遇到强降雨等外界变化而使滑坡位移加速时,将收集频率提高会更有利于监测数据的收集。因此在数据收集中,须确定好收集频率调整范围,以对数据收集频率进行合理地调整。

(3)精度分析:兰坪城南滑坡地表变形监测选用的GPS仪器,每期观测和计算的成果要求基线向量解算的比率要大于3,基线相对中误差要求小于0.004m。当基线解算符合要求后,根据两个(或三个)基准点的已知坐标和基准点至监测点的基线向量,求出各监测点的坐标。经网平差之后,水平方向精度优于±5mm、高程方向精度为± 10mm的解算结果认为满足精度要求

4 滑坡监测中应注意的问题

首先,在滑坡位移监测前,要对GPS监测网的基准点进行稳定性分析,考虑监测区域中是否存在稳定基准点,以保证监测的准确。

其次,对GPS网的复查要从两个方面来进行,不仅要确保外观测质量符合要求,还要经由网平差后的质量评价来找出网中是否存在异常值,才能断定合格。另外,在观测GPS监测网点时,最好用固定天线高的方法,以避免天线高的误差。其在对中后,须经过专业人员的检验,才能进行下步操作。

5 结语

综上所述,由于GPS具有全天候、实时、连续三维位移高精度监测特点,测站间又不用通视,作业效率高,劳动强度低,更适合于山体滑坡监测。由于受到气候、固体潮、电离层等影响,GPS监测(尤其是高程监测)还需要解决一系列技术问题,如卫星轨道误差,对流层折射影响、基准点坐标确定、周跳修复等。随着GPS应用领域的不断拓展,软、硬件技术的提高,必将推动GPS技术在变形监测方面的广泛应用。

[1]周小明.GPS技术在滑坡监测中的应用及其数据处理研究[J].中国水利,2011(16).

[2]赵文.GPS技术在滑坡监测浅析[J].中国水利,2012(7).

[3]李征航,黄劲松.GPS测量与数据处理[M].武汉大学出版社,2005.