康 丽 文

(河海大学，江苏 南京 210098)

GPS技术在滑坡变形监测中的应用

康 丽 文

(河海大学，江苏 南京 210098)

阐述了GPS技术的定位原理，并通过分析黄泥巴蹬坎滑坡的监测实例，验证了该系统可对滑坡进行实时、连续、三维位置高精度变形监测的特点，指出GPS技术是一种极为有效的滑坡变形监测方法，在滑坡监测中具有广阔的应用前景。

GPS技术，滑坡，变形监测

随着环境的恶化，滑坡等灾害发生的越来越频繁，它严重威胁人民的生命财产安全,破坏工程设施,影响正常的生产和生活,给国家造成巨大经济损失[1]。当前，对滑坡进行变形监测，传统方式和手段主要是通过群测群防获取非重点滑坡的状态信息,同时以常规监测手段取得重点滑坡的状态信息,既须耗费大量的人力,又不易及时获得临滑前期的先兆信息[2]。而集全天候、抗干扰能力强、自动化、精度高、选点灵活、可快速实时连续测定点的三维位置等优点[3]于一身的GPS技术在滑坡监测方面的应用便于监测人员能够对大范围工程进行变形监测。由美国国防部主导开发的一套具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航定位系统已经广泛应用于滑坡[4,5]、桥梁[6]和大坝[7，8]的变形监测，并取得了较好的成果。本文将对GPS技术的定位原理及其在三峡库区云阳县滑坡变形监测的应用进行研究分析，并对GPS技术的技术特点及其在滑坡的应用前景进行总结。

1 GPS技术定位原理

GPS是一种利用卫星发射无线电信号，通过卫星的瞬时位置利用空间距离后方交会的方法确定点位置，凭借其全天候连续和实时精密定位的特点进行变形监测的技术。如图1所示，在待测点Q设置GPS接收机,在某一时刻tk同时接收到3颗(或3颗以上)卫星S1，S2，S3所发出的信号。通过数据处理和计算,可求得该时刻接收机天线中心(测站点)至卫星的距离ρi，i=1,2,3。根据卫星星历可查到该时刻3颗卫星的三维坐标(Xj，Yj，Zj)，j=1，2，3，此外，考虑到卫星钟差cδt和接收机钟差cδT、电流层误差ρtrop和对流层误差ρion以及由卫星星历不准造成的等效距离误差ε等，从而由式(1)解算出K点的三维坐标(Xk，Yk，Zk)，k=1,2,3。

(1)

2 GPS技术在滑坡变形监测应用的实例

2.1 监测区概况

三峡工程是世界瞩目的伟大工程，但受三峡水库防汛水位下降及局部降雨影响，滑坡体变形明显加剧。整个三峡库区滑坡多达2 000多处，其中位于云阳县莲花乡长江支流斜坡上的黄泥巴蹬坎滑坡发育于侏罗系中统沙溪庙组紫红色泥岩及泥质粉砂岩组成的顺向坡中的变形体。其平面上近似三角形，剖面上呈凹形，纵长约450 m,前缘宽约650 m，滑体平均厚度约30 m，体积约5 400 000 m3。

2.2 网的布设

GPS监测网由基准网和变形网构成。首级网为监测系统的基准网，二级网由滑坡监测点组成。在基准网控制下，比较滑坡监测点各期观测量与首期观测值的坐标差值，即可判断滑坡稳定性。滑坡监测点根据滑坡体特点来选择，这些点既要能反映滑坡体整体变形方向、变形量，又要能反映滑坡体范围变形速率。同时每个点还要考虑接收卫星信号情况，测点上空不要有大面积遮挡物。为此根据对现场条件的野外勘察，按照布网原则布设。如图2所示的GPS变形监测网。在滑坡体上布设3纵、3横共6条监测剖面(网)。分别在滑坡体内高程180 m，210 m，230 m各布设1条线。于滑坡外稳定地带布设2个GPS地表形变监测基准点。在每条线的滑体内左、中、右部各布设1个GPS形变监测点,共有9个监测点。监测时，采用6台套Trimble4600(另备有3台套Trimble5700)对其进行为期2 h的静态测量。

2.3 监测结果

将监测到的数据进行相关误差的改正处理，如卫星接收机钟差、电离层和对流层、多路径效应、接收机位置误差等等，得到该滑坡的深部位移数据和GPS地表位移数据。在此，将对其举四处点位移来对比说明监测的成果。图3为29监测点处钻孔13 m深处随时间变化的变形数据。从图3中可以看出3月～4月和5月～7月，位移变化率较大，但小于0.3 mm；10月～12月基本无形变，2月～3月，位移变化率特别小，小于0.1 mm。

图4～图6为GPS监测不同方位的3个监测点(26监测点，30监测点，32监测点)地表位移随时间变化的曲线图，图中实线为主滑方向位移，虚线为高程位移。正常每月监测2次，而6月和9月各加密监测一次。

由图4～图6可以看出，5月～10月时各监测点变形明显。主滑方向和高程的位移增大或者减小的时间大致相同，GPS监测主滑方向和高程的形变总值均超过100 mm。6月和9月，位移日变率较大，但均小于5 mm。11月～4月，位移平均日变化率较小，小于1 mm。 在巡视过程中,发现有1 mm～5 mm长度不等的裂缝、高度不等的局部错台。根据监测数据分析，监测点位移量及位移曲线的变化规律均与深部位移监测、实际情况相一致。说明GPS滑坡活动性观测结果是可靠的。实验结果表明，GPS作为一种无线电定位原理的技术，其用于滑坡安全监测的精度可到毫米级，GPS能从三维空间的角度一次性观测滑坡的动态变化,即水平、垂直和方位同时观测滑坡的变形规律,解决了常规观测中需要采取多种方法观测的问题，使一次观测结果就能充分反映滑坡的全方位活动性。通过对整个滑坡进行全面布设控制网，可以逐点进行全天候、连续且实时监测滑坡的形变，为滑坡预警和治理提供更为可靠的消息，完成监测区域中滑坡表面的变形监测任务。

3 总结和展望

通过具有全天候、实时、连续三维位移高精度监测特点的GPS技术在黄泥巴蹬坎滑坡变形监测的应用，验证了GPS可以代替常规大地测量监测方法，可以满足滑坡位移监测的要求。此外，还可以利用无线通讯进行远距离数据传输和监控,这对于危险地区滑坡监测更为有利。随着GPS技术的逐渐成熟，GPS测量的精度将会得到进一步的改善。其在发展中取得了很好的应用效果。与传统监测技术相比，GPS技术有很多优点，但也存在一些不足，如：每个变形监测点上均需长期安置一台GPS接收机，监测成本较高，仪器设备的安全问题较难解决，需提供长期稳定的电源。但随着研究的进一步深入，拥有巨大潜力的GPS技术在未来的滑坡的变形监测方面必将有更广泛的应用。

[1] 文海家,张永兴,柳 源，等.滑坡预报国内外研究动态及发展趋势[J].中国地质灾害与防治学报,2004,15(1):1-4.

[2] 过静珺,杨久龙,丁志刚,等.GPS在滑坡监测中的应用研究——以四川雅安峡口滑坡为例[J].地质力学学报,2004(1):65-70.

[3] 李征航,徐绍铨.全球定位系统(GPS)技术的最新进展第三讲GPS在变形监测中的应用[J].测绘信息与工程,2002(3):32-35.

[4] 郭永成,刘 辉,何春桂,等.GPS在滑坡外观变形监测中的应用[J].河北工程大学学报(自然科学版),2008(2):72-75.

[5] 李远宁,冯晓亮.GPS在三峡水库区云阳县滑坡监测中的应用[J].中国地质灾害与防治学报,2007(1):124-127.

[6] 过家春.GPS技术在桥梁变形监测中的应用研究[D].合肥：合肥工业大学,2010.

[7] 刘明河,姚守峰,周保兴.GPS在天荒坪大坝变形监测中的应用研究[J].科技信息(科学教研),2007(12):28-29.

[8] 葛从兵,鲍 亮.基于智能客户端的GPS大坝变形监测资料整编与分析系统[J].水利水电科技进展,2010(5):53-56.

The application of GPS technology in landslide deformation monitoring

KANG Li-wen

(HohaiUniversity,Nanjing210098,China)

This paper described the principle of GPS technology, and through the analysis on testing examples of Huangnibadengkan landslide, proved that the system had the features could real-time, continuous, three-dimensional position high-precision deformation monitoring to the landslide, pointed out that the GPS technology was a kind of effective landslide deformation monitoring method, had wide application prospect in landslide monitoring.

GPS technology, landslide, deformation monitoring

2014-07-10

康丽文(1991- )，女，在读本科生

1009-6825(2014)27-0215-02

TU196.1

A