李曉飛

摘 要：通過(guò)采用GPS測(cè)量方法對(duì)山體滑坡監(jiān)測(cè)可行性進(jìn)行論證，說(shuō)明GPS觀測(cè)的大地高雖然有誤差，但同一時(shí)段觀測(cè)的大地高差值是一定值，即同時(shí)段的同步閉合環(huán)精度較好，我們可以利用這一原理，采用多臺(tái)同時(shí)GPS對(duì)山體滑坡進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)后采用高差變化的大小來(lái)衡量山體的沉降量，其測(cè)量方法簡(jiǎn)單，效益可觀。在數(shù)據(jù)分析時(shí)引入過(guò)程線法進(jìn)行山體滑坡過(guò)程分析，將山體沉降過(guò)程直觀的反應(yīng)出來(lái)，使用者容易理解，便于做出正確的預(yù)案，防患于未然。

關(guān)鍵詞：山體滑坡； GPS；基準(zhǔn)點(diǎn)；監(jiān)測(cè)點(diǎn)；垂直位移；大地高差

1 山體滑坡監(jiān)測(cè)的目的

某山區(qū)公路段，道路崎嶇，伴山而行，山體土質(zhì)較松軟，遇到大暴雨，經(jīng)常出現(xiàn)滑坡和山體塌方，給居住在附近的居民群的生命和財(cái)產(chǎn)造成了巨大損失，為了及時(shí)預(yù)測(cè)山體的滑坡與塌方，減少損失，受相關(guān)部門(mén)委托對(duì)不穩(wěn)定山體進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2 山體滑坡監(jiān)測(cè)的具體工作

相關(guān)部門(mén)之前已建立了，山體的變形監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)，本次工作重點(diǎn)是對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，并對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行分析，確定山體滑坡的位移值，預(yù)測(cè)山體是否會(huì)發(fā)生滑坡或塌方。

3 采用GPS測(cè)量方法對(duì)山體滑坡監(jiān)測(cè)可行性的論證

本工程具有詳細(xì)的設(shè)計(jì)文件，確定了觀測(cè)方法，即平面采用測(cè)量小機(jī)器人，高程采用四等水準(zhǔn)進(jìn)行觀測(cè)。隨著時(shí)間的流逝，多處山體出現(xiàn)塌方、多處山體被雨水沖出大溝，人行走都比較困難。由于本人長(zhǎng)期從事對(duì)水庫(kù)變形監(jiān)測(cè)工作，而水庫(kù)變形監(jiān)測(cè)最常用的方法便是GPS測(cè)量方法，此方法監(jiān)測(cè)水平位移可到毫米級(jí)，可垂直位移精度較差，不同觀測(cè)周期，觀測(cè)同一點(diǎn)的大地高可以相差幾米，甚至幾十米，那么此方法能完成垂直位移監(jiān)測(cè)的任務(wù)嗎？為此我們將瑪納斯塔西河石門(mén)子水庫(kù)變形監(jiān)測(cè)的觀測(cè)的GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、比較發(fā)現(xiàn)，GPS觀測(cè)的大地高精度雖然較差，但各點(diǎn)的高差確是一定值詳見(jiàn)表1，由表1可見(jiàn)各點(diǎn)2011-2015年觀測(cè)的值與工作基點(diǎn)TS1的大地高差中差值最大的為ZB1-TS1為18.7mm、最小的為ZB2-TS1為4.7mm，扣除水庫(kù)沉降，和觀測(cè)中ZB1采用腳架觀測(cè)，測(cè)量?jī)x器高的誤差，我們認(rèn)為各點(diǎn)的大地高差值基本恒定，精度在毫米級(jí)，滿足三等水準(zhǔn)的精度要求，可以滿足山體滑坡監(jiān)測(cè)垂直位移的精度，因此我們只要將垂直位移基準(zhǔn)由原來(lái)的水準(zhǔn)高程，變換為測(cè)點(diǎn)與工作基點(diǎn)的高差，研究高差的變化，既是研究監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降變化。研究監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降只有兩種情況：①監(jiān)測(cè)點(diǎn)高于基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定，則高差絕對(duì)值變小，意味著監(jiān)測(cè)點(diǎn)下沉，在這種情況下，監(jiān)測(cè)點(diǎn)只有滑坡的可能性，因此高差絕對(duì)值只能變小，沒(méi)有變大的可能性；②監(jiān)測(cè)點(diǎn)低于基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定，則高差絕對(duì)值變大，意味著監(jiān)測(cè)點(diǎn)下沉，在這種情況下，監(jiān)測(cè)點(diǎn)只有滑坡的可能性，因此高差絕對(duì)值只能變大，沒(méi)有變小的可能性。因此應(yīng)將監(jiān)測(cè)點(diǎn)分為兩類進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，即，a：高于基準(zhǔn)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，b：低于基準(zhǔn)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分析時(shí)也按這樣兩類進(jìn)行分析，就可以減少分析出錯(cuò)的可能性。（表1）

通過(guò)上述研究我們認(rèn)為采用GPS方法進(jìn)行山體滑坡監(jiān)測(cè)方法可行，為此我們將本次山體滑坡監(jiān)測(cè)方案確定采用GPS方法進(jìn)行觀測(cè)。

4 GPS 監(jiān)測(cè)山體位移技術(shù)的實(shí)測(cè)

4.1 山體滑坡監(jiān)測(cè)周?chē)h(huán)境

山體滑坡路段方圓兩公里內(nèi)沒(méi)有高壓線，沒(méi)有大功率電臺(tái)，地勢(shì)開(kāi)闊，便于GPS衛(wèi)星信號(hào)的接受，有利于GPS觀測(cè)，為提高GPS觀測(cè)精度提供了有利的條件。

4.2 GPS測(cè)量采用的儀器及平差軟件

監(jiān)測(cè)網(wǎng)布設(shè)為二級(jí)GPS網(wǎng)，采用目前最為先進(jìn)的Trimble R8雙頻GPS接機(jī)（標(biāo)稱精度3mm+0.5ppm×D）進(jìn)行施測(cè)。觀測(cè)數(shù)據(jù)采用科傻平差軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

4.3 二等級(jí)GPS監(jiān)測(cè)網(wǎng)的觀測(cè)

二等級(jí)GPS監(jiān)測(cè)網(wǎng)的觀測(cè)嚴(yán)格按基準(zhǔn)網(wǎng)及變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)均按（SL 197-2013）中相應(yīng)的二等網(wǎng)觀測(cè)技術(shù)要求中的規(guī)定進(jìn)行觀測(cè)，詳見(jiàn)表2。

表2 二等GPS觀測(cè)技術(shù)要求

[＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&][等級(jí)

二][衛(wèi)星截止高度角（o）

20][同時(shí)觀測(cè)有效衛(wèi)星數(shù)

≥4][觀測(cè)時(shí)段數(shù)

≥2][時(shí)段長(zhǎng)度（min）

≥90][采樣間隔（s）

15～30][儀器高量取差值（mm）

≤3][數(shù)據(jù)剔除率

≤10]

4.4 GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理與平差

GPS基線解算采用TBC軟件，采用廣播星歷對(duì)基線進(jìn)行處理，基線處理完成后，及時(shí)對(duì)復(fù)測(cè)基線差值、同步環(huán)、異步環(huán)閉合差進(jìn)行檢查，確定精度合格后，導(dǎo)出基線，進(jìn)行三維無(wú)約束平差（采用武漢大學(xué)所編《CosaGPS》）。

5 山體滑坡變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析

5.1 基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性的分析

山體滑坡變形監(jiān)測(cè)共觀測(cè)四次，每次觀測(cè)前均對(duì)三基準(zhǔn)點(diǎn)邊長(zhǎng)和大地高差進(jìn)行檢測(cè)（均采用GPS觀測(cè)），觀測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)下表3（基準(zhǔn)點(diǎn)GPS基線邊檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表）、表4（基準(zhǔn)點(diǎn)GPS大地高差的檢查）。

由表3可見(jiàn)，四次觀測(cè)三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)之間基線的差值很小，均在限差以內(nèi)，說(shuō)明三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的相對(duì)位置關(guān)系沒(méi)變，基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定可靠。

由表4可見(jiàn)，四次觀測(cè)三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)間高差的差值很小，均在5mm以內(nèi)，說(shuō)明三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的相對(duì)位置關(guān)系沒(méi)有發(fā)生變化，基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定可靠。

5.2 山體滑坡變形監(jiān)測(cè)平差結(jié)果的分析

變形監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)共觀測(cè)四次，平差結(jié)果的統(tǒng)計(jì)見(jiàn)下表5（二等網(wǎng)GPS歷年觀測(cè)精度統(tǒng)計(jì)表）。由表5可見(jiàn)，四次觀測(cè)平差結(jié)果都在限差的一半以內(nèi)，說(shuō)明每次測(cè)量外業(yè)完成的較好，測(cè)量精度較高， GPS測(cè)量方法先進(jìn)，應(yīng)當(dāng)大力推廣。

6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降位移的統(tǒng)計(jì)與分析

結(jié)合以上四次測(cè)量成果，統(tǒng)計(jì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)K101大地高差值統(tǒng)計(jì)成果表6。

假定2015年6月1日觀測(cè)的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)K101大地高差值為初始值，計(jì)算各監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量值見(jiàn)表7a。

結(jié)合表7的數(shù)據(jù)繪制個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降量位移過(guò)程線圖見(jiàn)圖1，監(jiān)測(cè)點(diǎn)JD5、JD4沉降較為嚴(yán)重，此段滑坡的可能性較大。監(jiān)測(cè)點(diǎn)JD1、JD2沉降較小，暫時(shí)不會(huì)出現(xiàn)滑坡。在這里由于篇幅原因只列出了比基準(zhǔn)點(diǎn)低的監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量計(jì)算情況。

7 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)北斗系統(tǒng)的發(fā)展，未來(lái)GPS接收機(jī)的價(jià)格會(huì)更低，采用GPS對(duì)山體滑坡監(jiān)測(cè)成本大幅降低，而且GPS方法對(duì)山體滑坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)，有操作簡(jiǎn)單，精度較高等特點(diǎn)。隨著科學(xué)的發(fā)展，若能將無(wú)線藍(lán)牙技術(shù)傳輸與遙控太陽(yáng)能電池板與GPS相結(jié)合，對(duì)山體等危險(xiǎn)源進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將大大減少測(cè)量人員的危險(xiǎn)系數(shù)，使用前景廣闊，值得推薦。

參考文獻(xiàn)：

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