北斗GNSS技术在山区边坡监测中的应用

北斗GNSS技术在山区边坡监测中的应用

随着科学技术的不断进步，全球定位系统（GPS）技术越来越成熟，已经广泛应用于各行各业。近几年我国自然灾害频发，如地震、山体滑坡、泥石流等的发生严重危害人们的生命安全。因此，需要对山体、地质等方面进行监测，为人们提供预报。

随着社会经济的不断发展以及科学技术的不断进步，各种监测技术被运用于各行各业中。随着自然灾害对人们的威胁越来越大，各种监测仪器不断的出现在人们的视野中，尤其是GPS的广泛应用，提高了监测的精确性，降低了自然灾害对人们的伤害程度，有效保证人们的生命安全。

GPS监测技术与传统的边坡监测方法的比较

传统的边坡监测方法

在进行变形监测的过程中，传统的边坡监测方法就是通过经纬仪、全站仪以及水准仪进行。但在地表位移变化的检测中，利用经纬仪、水准仪等常规仪器的效率较低，监测精度不高，并受外界环境的影响程度比较高，如温度、大气垂直折光以及仪器和标尺垂直位移等因素的影响。另外，其操作比较复杂，监测时间长，自动化程度较低，增加检测人员的劳动强度，限制了传统的边坡监测方法的发展。

GPS监测技术

与传统的边坡监测方法相比，GPS的自动化程度高、定位精度较高、所用的检测时间较短，不易受外界的影响，而且不用进行各监测站的相互通视，能对数据进行实时的采集与处理，并实现24h的实时监测。因此，GPS检测技术在山区边坡变形监测中，其优势更鲜明，更突出。

GPS边坡变形监测系统方案及数据处理模型

监测方案

基准点与监测点是GPS边坡监测网的重要组成部分。通常，基准点埋设都是在稳固的基岩中或变形范围之外，以确保基准点的稳定性，从而保证其长期保存。与基准点不同，监测点必须布设在被监测的边坡中能反映监测对象变形明显的位置上。

在设计边坡监测网形的过程中，必须根据检测现场的环境以及监测条件进行。另外还要以GPS网图形的构成作为其设计的前提条件。现阶段，监测山区边坡变形，其基准点通常都是设置在可能发生滑坡影响以外的区域，监测点则设置在边坡坡体上，以形成三角网，从而实现监测网络的完成。

数据处理模型

GPS数据处理的过程可以划分成：GPS测量数据的传输、观测数据的处理、基线解算、GPS网平差与变形分析。GPS数据处理基本流图为：数据采集数据传输预处理基线预算GPS网平差变形分析。

GPS山区边坡监测技术实例

边坡实例

该边坡是某山区村庄的后山坡，而该村所有的住宅都在该山坡脚下，其山体稳定性较差，一旦出现地震、洪水等自然灾害，就会引发山体滑坡、泥石流等现象出现，严重威胁居民的生命安全。因此，需求对该山体边坡进行变形监测，为当地居民提供灾情预报，从而保证居民的人身安全。

布设监测网

GPS边坡监测网的主要组成部分包括：基准网、变形网。其中，基准网可以通过监测点构成形成首级网，变形网可以通过边坡监测点构成形成二级网。随着基准网的控制，将各期的边坡监测点观测量和坐标差的首期观测值进行统计，就可以有效判断边坡的实际情况，是否稳定，是否变形等。

同时，要根据边坡的实际情况进行监测点的布设，通过对边坡的实际条件的勘查，确定变形监测网的布设点。将ZG200点与ZG210点确定为基准点，并将该基准点布设在山体边坡以外的稳定基岩中。同时将ZG250点与ZG255点确定为监测点，并将该监测点布设在山体边坡中。

数据采集和处理

我方技术人员于2012年的6月份、10月份分别对该山体边坡进行监测，在这两次检测中，均采用合众思状E630G GPS接收机进行。通过运用静态相对定位的方法实现数据的全面采集，并利用2台GPS接收机进行基准点的观测工作，还利用6台GPS接收机进行监测点的检测工作。并要求技术人员对基准点进行3个时段的观测，4h为一个观测时段。

同时，要求技术人员对监测点进行2h的连续观测。在数据采集的过程中，不需要测量人员驻地看守。因此GPS检测技术的自动化程度高要比常规测量仪器高出许多，在一定程度上减少了技术人员的劳动强度。将GPS所采集到的数据通过合众思状GPS随机软件进行处理。一方面，将GPS接收机中的外业观测数据下载到计算机中，并加以储存。另一方面，再对外业观测数据进行解算处理。而外业数据解算包括检验闭合环与GPS监测网平差两个步骤。

检验闭合环

两期GPS监测网的环闭合差精度分别为：（1）6月份的紧合环数为56个，全部环数顺利通过，最佳精度中的水平与垂直中均为0mm，最低精度中的水平值与垂直分别为3mm与30mm，平均精度中的水平值与垂直分别为1mm与-3mm；（2）10月份的紧合环数为56个，全部环数顺利通过，最佳精度中的水平与垂直中均为0mm，最低精度中的水平值与垂直分别为4mm与-16mm，平均精度中的水平值与垂直分别为1mm与-1mm。从两次测量的环闭合差精度可以看出，通过空间无约束之平差后，各项精度指标均与测量规范要求相符，并实现预期的目标。同时，还可以看出，运用GPS检测技术进行检测，其观测数据质量精度较高，能满足边坡变形监测对高精度的要求。

GPS监测网平差

对两期所采集的数据进行约束平差后，就能求出两期监测点的点位精度。对比两期各监测点的点位精度，10月份监测点的X轴误差与Y轴误差都比6月份的要低。但两期观测的数据通过进行约束平差之后，各项精度指标都可以满足预期目标的要求。因此，该GPS边坡监测网是符合检测要求。

变形监测结果的分析

对两期监测点的坐标进行求差，就能得到该山区的边坡变形信息。经统计，ZG200与ZG200点的DX值、Dy值都是0mm；ZG250点的DX值为-18mm，Dy值都是4mm；ZG251点的DX值为-18mm，Dy值都是7mm；ZG252点的DX值为-15mm，Dy值都是8mm；ZG253点的DX值为-15mm，Dy值都是4mm；ZG254点的DX值为-18mm，Dy值都是1mm，ZG255点的DX值为-13mm，Dy值都是5mm。从上述数据中可以看出，该边坡布设的监测点都出现了一定程度的变形。其中ZG251点的变形量最大，而且每个监测点的方向都是相同的。因此，必须在该边坡上加强防护措施的建设，以保证居民的人身安全。

综上所述，通过实例对GPS监测技术进行验证，指出GPS技术的优点所在。在进行山体边坡监测的过程中，相比传统边坡监测方法，采用GPS监测技术的自动化程度更高、定位精度更高、所用的检测时间较短，并实现24h的实时监测。能为人们提供更加可靠的数据资料，保证人们的生命安全。

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