基于GPS技术的滑坡动态变形监测试验结果与分析
GPS技术在滑坡地质灾害监测中的应用
GPS技术在滑坡地质灾害监测中的应用摘要：滑坡是一种常见、多发的地质灾害现象，为提高滑坡地质灾害的监测技术水平，通过理论分析及工程实例研究，得出在滑坡监测时，用GPS来代替常规的外业观测量方法，在精度、速度、时效性、效益等方面都优于常规方法，是一种新的更有效的监测手段。
关键词：GPS技术；滑坡灾害；监测P228.4 A一、引言我国是一个地质灾害多发的国家。
随着经济建设的蓬勃发展，交通、水利、资源开发等大量工程项目的实施及自然环境变化的影响，滑坡等自然灾害日趋严重，危胁着人民群众的生命财产安全，阻碍我国社会经济的可持续发展。
大量滑坡的存在，迫切要求有一种成本低、易推广和有效的监测手段对于这些潜在或是正在滑动的滑坡体进行监测和报警，以避免当大面积滑坡产生时所造成的难以预料的巨大损失。
二、GPS在滑坡地质灾害监测中的应用（一）滑坡地质灾害滑坡是指在一定环境下斜坡岩土体在中立的作用下，由于内、外因素的影响，使其沿着坡体内一个（或几个）软弱面（带）发生的剪切下滑现象。
滑坡按其自然类别或与工程的关系可分为自然边坡滑坡、水库库岸滑坡、铁路、公路边坡滑坡等。
发生滑坡的原因，既有斜坡的内部结构、土石性质等内部因素，也有斜坡边界条件、地表与地下水影响、地震与工人开掘爆破等外部因素。
（二）滑坡的变形监测滑坡监测包括滑坡体整体变形监测，滑坡体内应力应变监测，外部环境监测如降雨量、地下水位监测等等。
其中，变形监测是滑坡监测的重要内容，也是判断滑坡的重要依据。
常规的滑坡变形监测方法是用大地测量方法，即：平面位移采用经纬仪导线或三角测量方法，高程用水准测量方法。
20世纪80年代中期出现全站仪以后，利用全站仪导线和电磁波测距三角高程方法进行变形监测。
但上述方法都需要人到现场观测，工作量大，特别在南方山区，树木杂草丛生，作业十分困难，也很难实现无人值守监测。
GPS卫星定位系统出现以后，由于GPS定位是利用接收空中卫星信号测距进行定位，国内外专家学者研究表明应用IGS精密星历和最新版本的GAMIT高精度GPS数据处理软件处理数据，中短边相对中误差优于1.4×10-7，长边相对中误差优于1.8×10-9，最弱点点位中误差水平分量优于2mm，可以满足测量控制及滑坡监测精度的要求，而高程监测可直接使用通过网平差获得地高精度的大地高差。
滑坡动态实时变形监测中GPSRTK技术地应用
滑坡动态实时变形监测中GPSRTK技术地应用摘要：对GPSRTK技术来说，它应用到滑坡动态变形监测中具有足够的测量可靠性和测量精度。
文章通过在某大型滑坡物理模型上布置好监测点，应用GPSRTK和全站仪测量技术，对滑坡进行实时性的动态跟踪与监测，深入探讨了GPSRTK技术的应用价值。
关键词：GPSRTK技术；滑坡动态；实时变形监测1 GPSRTK技术一般的GPS技术，需要在测量以后进行计算，才可以获得一定精度，而RTK技术则可以在野外进行实时性的测量，使用载波相位动态实时差分即Realtimekinematic的测量方法，通过GPSRTK技术的应用，能够更好地完成工程放样、地形测图等项目，大大提高了野外作业的测量效率。
GPSRTK技术是一种高度自动化、集成化的实时测绘技术，作业效率非常高，很大程度上减少了测量所需的控制点及测仪器的移动次数，只要一人操作就可以了，几秒内就可以获得三维坐标，作业速度非常快，劳动强度低，大大减少了人们的户外作业量，具有操作简单，数据处理能力强的优势特点，由南方测绘公司生产的RTK测量系统，不需要对基准站进行设置，只需要在流动站上面移动就可以获得测量坐标，在监测数据的输入存储和处理转换、输出方面的功能非常强大，可以同计算机及测量仪器进行实时性的信息传输。
RTK技术的实施关键可以由数据处理技术及传输技术来进行。
因为RTK技术定位需要基准站中的接收机能够把实时监测到的观测数据，也就是伪距观测值和相位观测值，通过已知数据传输的方式传递给流动站中的接收机。
由于数据的传输量很大，基本上可以达到9600波特率，因此只能以无线电传输的方式来进行。
2 GPSRTK技术原理RTK技术实质上就是在载波相位观测基础上开展起来的动态实时定位技术，可以提供出测站点在坐标系当中的定位结果，精度为厘米级。
基准站可以经过数据链把观测到的数据和坐标信息传送到流动站，这样流动站就可以把数据链接收到的观测数据和GPS采集数据进行伪距差分观测值处理，不到1s即可给出定位结果。
水库滑坡体变形监测技术的研究分析
水库滑坡体变形监测技术的研究分析摘要：对于水利工程建设而言，滑坡是一种严重的灾害。
文章依托实际案例，探讨GPS测量技术在水库边坡滑坡变形监测中的具体应用，验证了GPS技术监测滑坡体的可行性。
关键词：滑坡；监测数据；精度指标；位移；变形速率水库滑坡是指在库水位调节作用下导致岸坡水动力条件不利而引发的坡体失稳现象，对船运和人民生命财产会造成威胁，是一种严重的次生灾害。
为了有效防治滑坡体地质灾害的发生，对滑坡的实时动态监测显得尤为重要。
而GPS技术在精度、速度、时效性、效益等方面都优于常规方法。
从而GPS技术在滑坡体监测方面得到广泛的应用。
1.研究区概况图1 1号滑坡体监测点布置图某水电站库区由于河谷深切，水库两岸岸坡较陡，在地形、地层岩性、地质构造等多种因素的影响下，多形成陡崖或峡谷。
本文选取滑坡比较显著的1号滑坡体为研究区域，1号滑坡体位于该水电站上游，该区域存在大量耕地和人口居住，为实时监测该地区滑坡变形情况，对滑坡体布设7个变形明显的监测点，布置图见图1。
在巡视检查中，1号滑坡体地表有已经存在的裂缝，特别是滑坡体的上方位置（如BY01，BY02点附近），此部位的裂缝有缓慢增大的趋势，但不是很明显。
此外，BY06点到BY07点之间有很多滑下的碎石，并且这个部位的上方还有继续滑动的趋势，地表无隆起，局部地区略有下陷，但是不明显，无滑移崩塌征兆。
2.数据获取1号滑坡体位于交通不便的库区上游地区，主要通过人工周期性监测。
自该水电站蓄水开始，分别对1号滑坡体进行周期性监测，得到该区域不同时间段的ＧＮＳＳ监测数据。
通过配套的数据采集软件即可实现数据的现场采集、实时监控、异常测值报警的目的，从而可远程监控该滑坡体的位移量、变形速率，实现对动态监控滑坡体变形发展及灾害预警。
1号滑坡体7个人工监测点的监测数据主要通过中海达Ｆ16系列GPS接收机进行静态双频方式采集。
数据采集过程中，同时对7个监测点进行同步观测。
基于GPS的降雨型滑坡变形监测及数据处理
Ｅ ２ ］杨 顺 安 ， 晏 同 珍 ．预 测 滑坡 学 概 要 Ｅ Ｊ ３．北 京 ： 中 国地
质 灾 害 与 防 治 学 报 ，１ ９ ９ ８ ， ９： １ — ６ ．
・
北京测绘 ・
２ ０ １ ３年第 ４期
１ ） 分 析 王 家 湾 滑 坡 各 日的 累计 滑 坡 体 位 移 量和其 累计有 效 降雨 量 的线 性 相 关关 系可 知 ， 它 们之 间为 正 相 关 关 系 ， 即 当 累 计 有 效 降 雨 量 大
数值小于 ０ ． １ ， 可 以接 受 。总 体 回归 的 Ｆ统
３ ） 回归系数 的 显 著性 检 验 ： 回归 系数 的 ｔ 统
计量 为
ｔ ＥＴ 一 ８ ．５ ８ ６， ｔ Ｒ一 ５ ． ０５ ３
大于 ａ 一０ ． ０ ５时 的 临 界 值 ｔ 。 。 （ ２ ７ ）一 ２ ． ０ ５，
用 Ｆ检 验法 ： Ｆ值 的计 算公式 和结 果为
Ｆ — Ｒ２
些 因子 涉及 多个 学 科 （ 测绘 学、 地质学、 气象学 、
垦 （ １ 一Ｒ ） １一
／ — — 一 ｎ— ｍ 一
一
环 境科 学等 ） 与专 业 ， 加 强各 个 学 科 的横 向合作 ， 进 行分 析研究 。在 选 取 参考 因子 时 ， 选取 滑 坡 动
态 过程 的最 佳 因 子 ， 描述整个滑坡过程 的， 进 行 预 报预警 服 务 。
２ ０ １ ３年 第 ４期
・ 北京测绘 ・
式 中 Ｒ 为滑 坡 区域 的有 效 降雨 量 ， （ ）为 滑坡 前第 ｉ 天 的降雨 量 的权 重 ， 为 滑坡 前 第 ｉ
（ ２ ）
３ 基 于 灰 色 理 论 和 线 性 回 归 的 滑 坡 数 据 处 理
滑坡变形监测过程中GPS技术的应用
滑坡变形监测过程中GPS技术的应用介绍了用于滑坡变形监测GPS技术而且还阐明了极其重要的滑坡监测的方法，其次分析了常规滑坡监测的大地测量技术，并比较重点的介绍了GPS 技术应用滑坡监测的优缺点，最后根据GPS 天线阵列技术和滑坡监测的技术要求，设计了一套GPS 天线阵列滑坡监测系统，并在一个电站的滑坡进行现场测试，对数据处理结果的精度和监测系统的硬件成本进行了比较分析。
标签：滑坡变形监测GPS 技术随着我国经济的飞速发展并伴随着建立了一些大规模的基础设施，在未来几十年内我国将陆续建成许许多多的大型水利工程。
对于着些工程的建设完工，这必然会促进国民经济建设的快速发展，但是也存在着许多的问题，例如导致库岸边坡所在的地质环境发生重大的变化经常是由于库区的高蓄水所引发的，这样的加剧工作区域不仅会产生古滑坡更会产生新的滑坡。
1 GPS滑坡变形监测的方法GPS 用于滑坡变形监测的工作方式可分为连续性模式和周期性模式两种。
1.1连续性模式GPS连续监测技术主要是运用了GPS 的全自动化、全天、精度高以及测点相互之间不需要通视等特点，它现在已经普遍的运用在地壳变形监测等相关领域。
由于数据运用不同的处理方式，所以GPS连续监测技术被分为固定连续运行监测和实时动态监测参考站。
实时动态监测主要是用来监测目标体的动态形变，数据采集密度相对集中，实时实地的计算出每个历元所在的位置，比如说大桥在较大的负载作用下的快速变形、在风载荷的吹动下高层建筑物的摆动形变等等。
1.2周期性模式当滑坡的变形速度相对慢，在部分空间和时间内也可以认为相对稳定时，使用GPS 接收机，运用人工隔一时间段来采集数据，通过处理获得不同期间之间的形变。
山西宝塔的GPS 形变监测，此类方法特别不适用于短边监测，其边长的绝对精度可达9-10。
周期性模式缺点是监测精度一般比较低。
劳动强度相对要大一些，响应速度相对的慢，不能持续的用于监测大坝的变形。
突出点是简单、节约、耗资少，而且GPS接收机也可以与其他工程进行共享，容易解决的是设备的用电和安全问题;连续性模式的优点是可以实现全自动化的控制系统，能很好地消除或者减弱接收机天线的安置误差所造成的影响。
GPS监测滑坡体的应用研究
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Ｇ Ｓ监测 滑坡 体 的应用研 究 Ｐ
田 野 张 峰 徐 立 军 黄 红 日
（ 宁省 水 利 水 电勘 测设 计研 究 院 ， 宁 沈 阳 ｌ ０ ０ ） 辽 辽 １０ ６
摘 要 ： 文通过 桑干 河 白马寺 水库 Ｇ Ｓ监 测滑 坡体 试验 ， 本 Ｐ 阐述 了高新技 术 Ｇ Ｓ 监测 滑坡 体 的应 用 ， Ｐ在 经过 对数 据 的进 一步分 析 ， 说 明利 用 Ｇ Ｓ 测 滑坡 体 变形 能够 满足精 度要 求。 Ｐ监 关键 词 ： Ｐ 技 术 ； ＧＳ 桑干 河 白马 寺水 库 ； 滑坡体 监 测 ２ ‘ ３工作 条件 困难 。由于蓄水 ， 大坝 到 测 网点 Ｄ Ｂ ０ 、 Ｘ Ｓ２ 点做为 工作基点 ， 从 Ｘ Ｓ ６Ｄ Ｂ １ 两 工作 基点 Ｈ Ｏ 一 Ｇ ３ Ｇ １Ｈ ０ 的道 路 已被 淹没 ， 只好 监 测 １ ＃滑坡 体 上 ２ 个 变 形测 点 ，＃ 坡体 １ ２滑 坐船 前往 ， 有 的地方 船难 以靠 岸 ， 但 给工 作 带 上 １ 个变 形测点 ，木底 沟倾倒 变形 体上 ４ ６ 个 来不 便 。 变 形 测 点 。 由于 １ 坡 体 上 １１１２１３ 鼻滑 ０、０ 、０ 、 因此 ，常规手段 已不能 满足监测 的要求 ， １４ 已被水 淹没 ，０ 、０ 虽 未被 水淹 没 ， ０、 １５ １６ 但 采用 更加 快捷 ， 加精 确 ， 加科 学 的方 法来 离 水边 只有 几米 ，故 在初 始值 观测 时 只监测 更 更 监测 滑坡体变 形 已十分必要 。 １７ １１１ 个测 点 ；在第 一次 和第二 次复测 ０ —２ ，５ ３Ｇ Ｓ 于监测滑 坡体 的可行 性 Ｐ 用 时 只监 测验 １２ １１１ １— ２ ，０个测点 ； 滑坡 体上 Ｇ Ｓ（ Ｐ 全球 定 位 系统 ）是 利用 天 空 中 的 第一 层 ２ １２５都在 坎边 ， 正在塌 陷 ， 只 ０ －０ 且 故 Ｇ Ｓ 星发 出的信号进行 定位测 量 ， 助先 监测 ２６ ２６ １ 个 测点 。木底 沟倾倒 变形体 Ｐ卫 并借 ０－ １，１ 进定 位软件输 出点位 坐标 。 Ｐ 测量相 对常规 ４ ＧＳ 个测 点 。 的监测 手段 ， 它具 有定位 速度快 、 位精 度高 、 定 外 业 作 业 时 ，有 两 台 Ｇ Ｓ 收 机 置 于 Ｐ接 可实 时提供三 维坐标 等特点 ， 近年新 出现的 Ｄ Ｂ ０ 、Ｘ Ｓ ２ 是 Ｘ Ｓ ６Ｄ Ｂ １ 两点 进 行连续 观测 ， 其余 四 高新 技术 。国 内部分 单位 也正 尝试 采 用 Ｇ Ｓ 台 Ｇ Ｓ 收机 分 别在 １ Ｐ Ｐ接 ＃滑坡 体 、撑滑坡体 、 ２ 对滑坡体 变形 进行监测 ： 如长江 委在重庆 云 阳 木底沟倾倒变形体上置于一组测点， 观测两小 县宝 塔滑坡 体监 测时 作过 Ｇ Ｓ Ｐ 试验 ，武汉 大 时后 ， 迁至 下一组 测点 。三次 观测均采用 了 再 学在长 江三峡库 区 的新 滩滑坡 、 石滑坡 开 同样的观测方案 ， 黄腊 并在初始值观测时， 制定了 展过 Ｇ Ｓ Ｐ 监测 的研 究 ， 并取得 一定 的成果 。 监测 仪器与监 测点名 对照表 ， 复测时均严 后来 但是 ，Ｐ 用 于滑坡体 监测没有 现成 的规 格按 照对照 表执行 。 ＧＳ 范可供参考， 以前我委也没有作过滑坡体 Ｇ Ｓ Ｐ ４ ．Ｇ Ｓ ．４ Ｐ 观测 中一些 特别 注意点 ：接 收 １ 监 测 工作 ， 因此 ， 在桑 干河 白马寺 水库 库 机天 线量 高采 用 游标 卡尺 精确 量取 ，精确 到 能否 区滑坡 体监测 中采 用 Ｇ Ｓ Ｐ 技术 ，必需 做一 定 Ｏ ｍ ． ｍ级，并且在开始与结束时各测量一次， １ 的试 验与研 究 ， 来探 讨方法 的可行性 。 取其中数 ； 接收机应有充足的预热时间； 天线 ４Ｇ Ｓ Ｐ 监测滑坡 体的试验 与研究 指 北 线 要 指 向 正北 ，左 右 偏 离应 在 ５度 内； ３ ４ｏ ０ 在 常规监测 手段进 行第 １、１１ 次监 测 Ｇ Ｓ ０１ 、２ Ｐ 应备 有 充 足 电源 ， 防 中断 ； 禁在 接收 严 严 从前 ｌ 次 的监测来看 ，滑坡 体在 水库 蓄 工 作时 ， ２ 我们 同时采 用 Ｇ ｓ技术 ， Ｐ 进行 了对 比 机运行期间改变运行参数 ； 禁止在接收机运行 水前 ， 量很小 ， 变形 但是 ， 水 库蓄 水 ， 位 测试 ，以探讨 Ｇ Ｓ 随着 水 Ｐ 技术 用 于滑坡体 形 变监测 时在附近 １ｍ内使用无线电报话机等。 ０ 升高， 个别地段有坍塌现象， 并出现较大裂缝。 的可 行性 。 ４ Ｐ 监 测数据处 理 ．ＧＳ ２ 可见 ， 水库蓄水 ， 滑坡 体进行 跟踪 监测 ， 由于 对 ４１Ｇ Ｓ ． Ｐ 监测 方案 采用 Ｇ Ｓ Ｐ 专用软件进行基线计算 ，数据 实时为大坝施工提供准确数据 ，是十分必要 ４１ ．１观测技术 设计 ： ． 由于滑 坡体 的滑动 、 处理 中有关技术要求是 ：计算在 ｗＧ 一４系 Ｓ８ 的。 坍塌 ，部分点位 可能在监 测过程 中被破 坏 ， 同 统 内进行 ； 气延 迟 系数 （ 大 电离 层 、 流层 ） 对 改 ２常 规监 测手段及 其局限性 个 滑坡 体上 的点 位 由于受 浸蚀 程度 可 能不 正 ： 准模 型 ； 线解算 中在 难 以获得 Ｉ Ｓ精 标 基 Ｇ（ 常 规手段 中，群２ 滑 坡体是 从左 岸工 作 同 ， 变 形大 小 、 向可能 不 同 ， ｌ、＃ 其 方 因此 ， Ｇ Ｓ 密星 历 ） 况 下 ， 以采用 Ｂ Ｏ Ｄ Ａ Ｔ 广 在 Ｐ 的情 可 Ｒ Ａ Ｃ ｓ（ 基 点 Ｈ ０ 、 Ｇ ２Ｈ ０ Ｇ １Ｈ ０ 、 Ｇ ３三点 进 行 平 面 二 维 观测 时 ， 用 双基点 法 ， 采 同时 对一 个点 进行 监 播 星历 ） 处理 ； 时 同一 时段 观测数 据 的剔 计算 监 测 ，高 程 向量 ，＃滑坡 体从 垂 直工 作 基 点 测 ，而不 同监测 点 间不 发生 计算 上 的矢量 关 除率 ＜Ｏ １ １％；基 线重 复性检 验应也 标 称精 度 ； Ｇ－５ ２Ｇ 联测 ， 从 Ｇ 一 ６ 测 。３ １Ｇ 联 ＃滑坡体 从 系 。 异步环 闭合差 限差 为 Ｗｘ ， ３ （＝ ）同步 ，ｚ ａ ｃ ， ｙ＜ ｒ 水平工作基点 Ｊ、 １Ｊ ２进行平面二维监测， 高程 ４１ ．２工作 基点 的选择 ：三处 滑坡体都 采 环限差要求为异步环的 ５％。 ． ０ 向量 ， Ｇ 、 ８ 行监测 。从前 １ 次 的监测 用相同的工作基点观测 ， 从 ７Ｇ 进 ２ 这样可以综合分析滑 ４ Ｐ 据处 理 结果 与常 规 手段 监测 － Ｇ Ｓ数 ３ 过 程与有关 变形监测理论 分析 ， 常规手 段存 在 坡体 的形 变 。经 分析 ，采 用 了库 区地 形变 点 结果 的比较 些 弊端和局 限 ， 主要是 ： Ｄ Ｂ０ Ｘ Ｓ６和 Ｄ Ｂ １ 为 工 作 基 点 ，Ｘ Ｓ６ Ｘ Ｓ２作 Ｄ Ｂ ０ 将 Ｇ Ｓ 算结 果与 常规 手段测量 的结果 Ｐ计 ２ ． １速度太慢。目 ， 前 由于水库蓄水， 滑坡 位 于 右 岸 坝 轴 线 附近 稍 偏 下 游 的 山体 上 ， 进行 比较 ， 它的形 变。 分析 体受浸蚀严重， 土质变松， 含水量增大 ， 变形速 Ｄ Ｂ １ 于 左 岸 大 坝下 游 约 ７０ 的 山体 Ｘ Ｓ２位 ０ｍ ＧＳ Ｐ 在三次 监测 中 ， 能达到最 弱点点位 都 度 大 ， 日的变 化较大 ， 每 但是 目前 观测 一 处滑 上 ， 两点位置 牢 固， 可靠 ， 理想 的工作基 中误差＜３ ｍ的要求。从 Ｇ Ｓ 点位 是 ｍ Ｐ 测量位移量与 坡体需 在左岸三个平 面工作基 点上分别 观测 ， 点点 位 。 常规测 量位移 量 的 比较 ， ％的位移量 差值都 ８ ５ 三处 滑坡 体平面监测 至少要三 天时间 ， 接着用 ４１ ．３观测作业 ：为 了能精确 地监 测滑坡 在 １ｒ ． ０ ｍ以内， ａ 且位移方向基本一致。高程部 几何 水准方 法进 行高 程测 量 ，至少 要 ７天时 体 的 变 形 情 况 ，投 入 了 六 台 Ｇ ＳＷＩＤ 分 的 偏移 量 ７％在 １ｒ 以 内 ，４ Ｐ， Ｌ 一 ０ ０ｍ ａ ９％在 ２ ｍ ０ｍ 间， 这样下来 ， 整个监测过程至少要 １ 天时间 ２０ Ｐ 三 台 ， Ｌ 一０ Ｇ Ｓ 台。 Ｏ ０Ｇ Ｓ ＷＩＤ ３０ Ｐ 三 以内， 可见 ， Ｇ Ｓ 用 Ｐ 监测滑坡体变形能够达到 完成 ， 这期间， 最早观测的点位与最末观测 的 外业观测前， 对卫星情况进行了卫星星历 精度要 求 。 点位显然不能算是同一期成果， 分析变形已失 预报 ， 选取最佳观测窗 口进行外业观测， 具体 ４ Ｐ 监 测方法 的进一步探 讨 ．ＧＳ ４ 去“ 实时 、 ” 的意义 。 同步 上 作业 时 间为 每天北 京 时间 ９０ —６０ 。每个 ：０ １／０ 从 以上分析 可 知 ，采用 Ｇ Ｓ 术对 滑体 Ｐ技 ２ ． ２天气 影响 。由于水 库 蓄水 ， 区空 气 滑坡 体 ， 库 均可 在一天 内完 成观 测 工作 ， 滑 监测是 可行 的 ，我们优 化下一 步观测方案 ， 三个 以 含 水量增 大 ， 测区经常有雾 ， 一个月难 得有 一 、 坡体仅 用三 天时间就可 以完成数据 采集 工作 ， 便更快 速完成 每一 次监测任 务。 二个 通视理 想的天气 ， 从左 岸工作基 �
GPS技术应用于公路滑坡监测的理论与实践
GPS技术应用于公路滑坡监测的理论与实践【摘要】本文探讨了GPS技术在公路滑坡监测中应用的一般理论和方法，并结合铜黄高速公路滑坡监测工程进行了实例论证。
实践证明，GPS技术由于具有全天时、全天候、点间无需通视等特点，其应用于公路滑坡监测在技术上是可行的，而且在便利性、效益性方面还具有一定的优势。
【关键词】GPS；公路滑坡监测；点位精度Tｈeory and Practice about GPS Technology Applied in Highway Landslide Monitoring【Abstract】Probing into normal principles and methods of applying GPS Technology into Landslide Monitoring, combining with TongHang Expressway to reason this methods , By analyzing the investigation results, it was proved that GPS could be applied to substitute the traditional field monitoring in the future for Highway landslide monitoring. The GPS method is better than the traditional method because of the characteristics of all-weather, all-day, without Light of Sight.【Key words】GPS；Highway ｌandslide ｍonitoring；Poinｔprecision0 引言在公路的建设和运营过程中，由于自然地质条件的限制和人工开挖，使得公路沿线存在许多高边坡体和滑坡体，其中一些活动的非稳定边（滑）坡严重威胁着公路建设和运营的安全。
基于GPS技术的公路滑坡三维形变监测技术研究
基于GPS技术的公路滑坡三维形变监测技术研究摘要：目前，GPS技术已经广泛的应用在地质灾害的监测中，尤其是在公路滑坡灾害监测方面。
由于点位的选择不受通视条件的限制，因而选点灵活，但是由于GPS接收机造价较为昂贵，极大地限制了GPS技术的应用。
因此，降低GPS监测系统成本，实现对变形体的连续监测，对促进GPS技术在公路地质灾害监测中的广泛应用具有非常重要的意义。
关键词：公路滑坡，变形监测，基线解算1公路滑坡常规监测方法1.1地面水平位移监测方法利用常规精密大地测量方法进行水平位移监测时，首先在待监测区域外建立一平面控制网，然后再使用精密测距仪、电子经纬仪或电子全站仪进行观测，以获取滑坡平面位移监测的参考基准。
1.2沉降监测方法进行沉降监测时一般是须设置基岩标时，通常用精密水准测量方法对滑坡进行垂直位移监测，又称沉降观测，该方法属于一维变形测量。
在软土地基上修建高速公路，路堤处于边修边沉的状态，一般解决的方法有，将路堤填筑到超过设计标高一定高度，以消除沉降的影响。
作为地面沉降观测的基准点，再在沉降地域布设沉降观测点，以一定周期重复进行水准测量，经过多期水准测量和地面沉降观测资料的分析研究，计算出各沉降观测点的各期沉降量、累计沉降量、沉降速率等数据，从而为沉降区域的治理提供科学依据。
1.3地面三维变形监测方法1.3.1全站仪三维变形监测全站仪因其特有的优势可以替代水准测量，在对滑坡监测时可以采用全站仪进行三维变形监测。
自动全站仪是全站仪的一种，是目前最常使用的一种，因其自动化、智能化程序能对合作目标进行自动识别、锁定跟踪、自动观测和记录，因此也有着“测量机器人”的美誉。
自动全站仪测量精度很高，测角精度可以达到士0.5″，测距精度可达到士(1mm+1ppm)，因此因其变形测量的效率和精度极高，广泛应用于滑坡监测、大坝变形监测等多个领域。
1.3.2三维激光扫描仪变形监测三维激光扫描仪在地面三维变形监测中也是一种重要的方法，因其采用激光扫描，所以测量速度快、采集信息量大、效率高。
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第３６卷第４期２０１１年４月武汉大学学报·信息科学版Ｇｅｏｍａｔｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ｏｆ Ｗｕｈａｎ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＶｏｌ．３６Ｎｏ．４Ａｐｒ．２０１１收稿日期：２０１１－０３－１０。
项目来源：国家自然科学基金资助项目（４０９０２０８１）；国家国土资源大调查资助项目（１２１２０１０９１４０１５）；国家西部交通建设科技资助项目（２００５３１８８１２０３）。
文章编号：１６７１－８８６０（２０１１）０４－０４２２－０５文献标志码：Ａ基于ＧＰＳ技术的滑坡动态变形监测试验结果与分析王 利１ 张 勤１ 管建安２ 孔令杰３（１ 长安大学地质工程与测绘学院，西安市雁塔路１２６号，７１００５４）（２ 铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津市岷江路１０号，３００２５１）（３ 兰州理工大学土木工程学院，兰州市兰工坪路２８７号，７３００５０）摘 要：结合某类滑坡的大型物理模型试验，在滑坡体上布设了若干监测点，并用ＧＰＳ单历元定位技术和ＲＴＫ技术对该滑坡体进行了连续实时监测。
通过对该滑坡从开始滑动至产生破坏全过程监测数据的处理与分析，以及将ＧＰＳ监测结果与全站仪三维监测结果的对比，发现在观测条件较好和基线较短时，基于Ｔｒａｃｋ模块ＧＰＳ单历元定位技术监测滑坡变形的平面精度在５ｍｍ左右，高程精度约为９ｍｍ；ＲＴＫ定位技术的平面精度在１１ｍｍ左右，高程精度约为１７ｍｍ；而用小波变换等方法进行滤波后的精度还会更高。
关键词：ＧＰＳ；滑坡；动态；变形监测；单历元；ＲＴＫ中图法分类号：Ｐ２２８．４２；Ｐ２５８ 自２０世纪９０年代以来，ＧＰＳ技术在滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降和地裂缝等各种地质灾害和重大工程建筑物的变形监测中得到了广泛应用［１－８］，取得了较好的效果。
我国第一个全自动ＧＰＳ监测系统———湖北清江隔河岩大坝外观变形ＧＰＳ自动化监测系统［６］，显示了ＧＰＳ技术用于变形监测的巨大优势。
但是，为了保证观测精度，目前ＧＰＳ用于变形监测的一些成功应用主要采用静态相对定位方法。
而静态定位一般需要几十分钟甚至更长时间才能获得一次形变信息，在灾害体变形速度较快时就满足不了真正实时或准实时监测的要求。
因此，如何根据ＧＰＳ观测数据快速、准确、实时地获取高精度的形变信息，是整个ＧＰＳ监测系统是否成功的关键，也是目前研究的热点。
对于这一问题的研究，国内外学者们已取得了一些成果，研究较多的是ＧＰＳ单历元动态定位技术和方法［９－２１］。
由于ＧＰＳ单历元定位技术能实时、快速地获取高精度的变形值，能够对灾害体的变形及发展情况及时准确地作出判断，因而更加适用于滑坡、崩塌、泥石流等突发性地质灾害的变形监测和预报。
１ 滑坡动态变形监测试验方案本次滑坡的大型物理模型试验场设在长安大学渭水校区，主要研究黄土型滑坡在自然状态下发生变形的基本参数。
本试验中滑坡物理模型的尺寸为：滑坡体底部长度为２２ｍ，宽２０ｍ；顶部长度为１０ｍ，宽度为１０ｍ，前后缘高差５ｍ，用黄土填筑，滑面采用人工预制，主滑方向为正北。
滑坡物理模型的剖面及平面布置图如图１、图２所示。
图１ 滑坡物理模型布置剖面图Ｆｉｇ．１ Ｓｅｃｔｉｏｎ Ｐｌａｎｅ Ｍａｐ ｏｆ ｔｈｅ Ｌａｎｄｓｌｉｄｅ’ｓＰｈｙｓｉｃｓ Ｍｏｄｅｌ本次滑坡变形监测试验共布设监测点５个（ＷＪ０１，ＷＪ０２，ＷＪ０３，ＷＪ０４，ＷＪ０５），全部位于堆 第３６卷第４期王 利等：基于ＧＰＳ技术的滑坡动态变形监测试验结果与分析载区上方，其上分别安置了４台ＧＰＳ接收机和１台全站仪的目标棱镜。
其中，ＸＪ０５是全站仪目标棱镜所在监测点，ＸＪ０２是ＲＴＫ ＧＰＳ接收机所在监测点，ＸＪ０１、ＸＪ０３和ＸＪ０４监测点上也分别放置了ＧＰＳ接收机天线作连续观测。
滑坡监测基准点则布设在距离滑坡体约３０ｍ以外的稳定区域。
本次试验共设置了３个基准点（ＷＡ０１，ＷＡ０２，ＷＡ０３），其上分别架设ＧＰＳ接收机（为动态变形监测提供基准）、ＲＴＫ基准站ＧＰＳ接收机和全站仪。
监测点和基准点的分布如图３所示。
图２ 滑坡物理模型布置平面图Ｆｉｇ．２ Ｇｒｏｕｎｄ Ｐｌａｎｏｆ ｔｈｅ Ｌａｎｄｓｌｉｄｅ’ｓＰｈｙｓｉｃｓ Ｍｏｄｅｌ 图３ 滑坡监测的基准点和监测点分布图Ｆｉｇ．３ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｍａｐ ｏｆＤａｔｕｍ Ｐｏｉｎｔｓ ａｎｄＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｐｏｉｎｔｓ本次监测试验从早晨９点开始，一直持续到下午４点滑坡产生完全破坏不再变形为止。
监测时，基准点、监测点上的ＧＰＳ接收机和ＲＴＫ ＧＰＳ接收机的数据采样率均为１ｓ，完全能够捕获滑坡快速变形的三维位移信息。
全站仪则采用人工操作，数据采样率不太均匀，约为３０ｓ。
２ 试验结果及分析从试验开始后的２ｈ内，滑坡体基本处于稳定状态，而后逐渐开始下滑，但滑动速度较慢，且呈整体下滑状态。
从下午１点开始，对滑坡体的坡脚进行卸载之后，整个滑坡体开始产生明显的变形和裂缝，并逐渐开始滑动。
最先滑塌的部分是监测点ＷＪ０１和ＷＪ０２（其上安放ＲＴＫ ＧＰＳ接收机）所在位置，垮塌方向为北东向。
以下就以监测点ＷＪ０２的在滑坡开始产生快速变形后的监测结果为例进行计算和分析。
用Ｔｒａｃｋ模块对ＷＪ０２点进行单历元定位解算的结果和ＷＪ０２点（ＷＪ０２点，共５ ８０１个历元，单位：ｍｍ）上的ＲＴＫ定位结果如图４所示，这两种方法的内符合精度统计结果分别见表１和表２。
从图４中可以看出，ＧＰＳ单历元定位技术和ＲＴＫ技术均可以较好地获取该滑坡体上ＷＪ０２表１ ＧＰＳ单历元监测结果的内符合精度Ｔａｂ．１ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｂｙ ＧＰＳ ＳｉｎｇｌｅＥｐｏｃｈ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ方向最小值最大值中值平均值平面４．７４ ５．７５ ４．８８ ５．０８高程７．６ １１．０ ８．５ ８．９１表２ ＲＴＫ监测结果的内符合精度Ｔａｂ．２ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｂｙ ＲＴＫ方向最小值最大值中值平均值平面９．０ １４．０ １１．０ １１．３３高程１５．０ ２５．０ １６．０ １７．０９监测点从滑坡开始滑动直至破坏的三维位移信息；在试验过程中，该滑坡体的垂直位移非常明显，到滑坡破坏时，累计垂直变形量已达２６０ｍｍ左右，但其平面位移相对较小，仅有１０～３０ｍｍ，其中东方向最大变形量达到２０ｍｍ左右，北方向最大变形量达到１０ｍｍ左右；由于该滑坡体滑塌时倾向于偏东方向，故其东方向的位移量略大于北方向。
同时，由表１和表２中的数据也可看出，由于本次试验的基准站与监测站之间的基线较短，用Ｔｒａｃｋ模块得到的单历元定位结果的内符合精度远高于ＲＴＫ定位结果的内符合精度，其平面精度在５ｍｍ左右，高程精度在９ｍｍ左右；而ＲＴＫ监测结果的精度与该类仪器的标称精度基本一致，平面方向的精度在１１ｍｍ左右，高程方向的精度在１７ｍｍ左右。
由于ＧＰＳ单历元定位技术和ＲＴＫ技术的采样频率一致，为了衡量这两种技术定位结果的差异，将ＷＪ０２点上对应历元的ＲＴＫ与ＧＰＳ单历元定位结果的差值绘制成曲线图（图５（ａ）），并将差值的统计结果列于表３。
小波滤波前，共计５ ８０１个历元，单位为ｍｍ。
表３ ＷＪ０２点上ＲＴＫ与单历元监测结果之差Ｔａｂ．３ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃ Ｄａｔａ ｏｆ ｔｈｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｏｎ ＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＲｅｓｕｌｔｓ ｏｆ Ｐｏｉｎｔ ＷＪ０２Ｂｅｔｗｅｅｎ ＲＴＫ ａｎｄ ＧＰＳ方向最小值最大值中值平均值Ｎ－１０．３ ７．６ ０－０．１Ｅ－１０．３ ８．８ ０．８ ０．６Ｕ－４５．４ ７．１－１５－１５．５６ 从图５（ａ）和表３中可以看出，ＷＪ０２点上ＲＴＫ与ＧＰＳ单历元定位结果的差值在平面方向上的平均值在１ｍｍ左右，最大值在１５ｍｍ左右，而在高程方向上的平均值在１５ｍｍ左右，最大值可达４５ｍｍ左右。
两种定位技术监测结果在平面方向上吻合较好，其差异在１ｍｍ左右，而在高程方向上则有１５ｍｍ左右的系统性差异，这可能与两种定位技术采用的定位算法有关，其原３２４武汉大学学报·信息科学版２０１１年４月图４ ＧＰＳ单历元定位技术和ＲＴＫ技术监测某滑坡三维变形的试验结果（ＷＪ０２监测点）Ｆｉｇ．４ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｎ Ｐｏｉｎｔ ＷＪ０２ｏｆ ＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｉｎ Ｔｈｒｅｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｏｎｅ Ｌａｎｄｓｌｉｄｅｂｙ ＧＰＳ Ｓｉｎｇｌｅ Ｅｐｏｃｈ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｎｄ ＲＴＫ 图５ ＷＪ０２监测点上ＲＴＫ与ＧＰＳ单历元定位结果的差值Ｆｉｇ．５ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｏｆ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｎＰｏｉｎｔ ＷＪ０２因还有待深入分析。
为了消除监测结果中高频噪声的影响，还对ＷＪ０２点上ＲＴＫ与ＧＰＳ单历元定位结果进行了滤波处理。
由于小波变换比传统滤波方法具有更好的去噪性能，因此本文采用了ｄｂ１０小波（小波分解层次Ｎ也为１０）对监测结果进行滤波处理。
滤波后对应历元的ＲＴＫ与ＧＰＳ单历元定位结果差值的曲线图和统计结果分别见图５（ｂ）和表４。
表４ ＷＪ０２点上ＲＴＫ与单历元监测结果之差Ｔａｂ．４ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃ Ｄａｔａ ｏｆ ｔｈｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｏｎ ＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＲｅｓｕｌｔｓ ｏｆ Ｐｏｉｎｔ ＷＪ０２Ｂｅｔｗｅｅｎ ＲＴＫ ａｎｄ ＧＰＳ方向最小值最大值中值平均值Ｎ－２．８ ５．７ ２．０ １．９Ｅ－１．３ ８．０ ４．８ ４．６Ｕ－２９．７ ０．３－１０．５－１１．５ 从表４中可以看出，经滤波处理后，ＷＪ０２点上ＲＴＫ与ＧＰＳ单历元定位结果的差值在平面方向上的平均值在５ｍｍ左右，最大值在１０ｍｍ左右，而在高程方向上差值的平均值在１１ｍｍ左右，最大值在３０ｍｍ左右。
尽管在高程方向上仍然存在系统差异，但整体精度比滤波前有较大幅度的提高，且高程方向上的精度提高幅度更加明显。
另外，为了检验ＷＪ０２点上ＧＰＳ单历元定位技术和ＲＴＫ技术测量结果的可靠性，还用全站仪三维测量技术连续跟踪监测了该滑坡上监测点ＷＪ０５的全部变形过程，其测量结果如图７所示。
从图４和图６中可以看出，由于全站仪测量的采样频率较低（约３０ｓ），而且全站仪所监测的目标点（ＷＪ０５）与ＧＰＳ监测点（ＷＪ０２）的位置相差２ｍ左右，故无法将其变形量与单历元定位结果或ＲＴＫ监测结果进行准确的比较和统计分析。
但从其变形趋势和量级来看，ＧＰＳ单历元技术和ＲＴＫ技术的监测结果与全站仪测量结果的变形趋势和变形量级非常一致，说明ＧＰＳ单历元定位技术和ＲＴＫ技术的测量结果是可靠的。
同时，通过图７中所示的监测点ＷＪ０１上ＧＰＳ单历元定位结果与图４、图６中ＷＪ０２、ＷＪ０５监测点上监测结果的对比可以看出，尽管图７与图４、图６所示的不是同一个监测点上的监测结果，但由于这几个监测点的距离很近，ＧＰＳ单历元定位技术在ＷＪ０１点上的监测结果与全站仪测量结果（ＷＪ０５点）和ＲＴＫ监测结果（ＷＪ０２点）的量级和变形趋势也具有相当好的一致性。