何 领 军

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

开顶滑坡体位于四川省丹巴县格宗乡开绕村格宗背斜的北东翼，距离猴子岩水电站坝址约15 km，S211省道从滑坡体下通过，道路以下为猴子岩水电站水库。滑坡体地区为高山峡谷地貌，地形呈西高东低，总体向大渡河倾斜，自然地面横坡坡角为30°～35°。滑坡体沿S211省道横河方向宽度约为460 m，顺河方向长490 m，滑坡体分布高程为2 080～1 840 m，滑坡体浅表部分为崩坡积层大孤石和碎石土，下伏基岩为志留系绿片岩、含有千枚岩，初步分析推测滑坡体变形机制为基岩顺层滑移拉裂破坏，滑动断层深度约25 m，滑坡体前缘高程位于库水位以下，总体积约为400万m3。

2 开顶滑坡体GNSS监测系统的布置

2017年8月，猴子岩水电站巡库人员发现开顶区域高挡墙出现变形， 11月后变形增大，省道路面与路肩墙间裂缝变大，路面出现多条纵向裂缝与斜向裂缝。为监测开顶滑坡体的变形情况，2017年11月底，水电七局安全监测项目部开始在开顶滑坡体建设GNSS监测系统，2017年12月完成GNSS土建工作，2018年1月6日，GNSS自动化变形监测系统投入运行。

开顶GNSS监测系统共布置6个GNSS测点和一个基准站，编号分别为GPS-1～GPS-6以及GPS-JZ。 GPS-1、GPS-2位于Ⅱ区边坡，GPS-3位于变形体后缘山脊上；GPS-4、GPS-5位于Ⅰ区上游侧边坡；GPS-6位于Ⅰ区冲沟下游边坡上； GPS-JZ位于上游变形区外TB-02外观监测墩旁。

开顶GNSS监测系统采用的主要设备为徕卡公司出品的GM10接收机和 AR10天线，系统采用静态测量[1，2]模式，采样间隔为5 s，24 h连续观测，30 min解算1次数据，标称精度(1 h解算误差范围)：平面位移3 mm，沉降5 mm；GNSS天线到GNSS主机采用有线传输,主机到服务器的监测数据采用4 G无线手机网络传输[1]到15 km外的GNSS服务器，通过互联网对其进行远程操作、查看、下载数据和分析数据，系统供电采用180 W太阳能板和12 V150 Ah免维护胶体蓄电池供电。

开顶滑坡体GNSS监测系统布置情况见图1,系统架构见图2。

图1 开顶滑坡体GNSS监测系统测点布置图

图2 开顶滑坡体GNSS监测系统架构图

GNSS监测系统于2018年1月6日投运后，开顶变形体变形持续快速增大。

1月8日，开顶滑坡体下游1#冲沟发生坡面滚石；

1月17日，开顶滑坡体多次发生坡面滚石，塌方量约600 m3；

1月28日，GPS-4号测点单日变形量水平位移为32.5 mm，沉降11.8 mm，超过20 mm/d的三级预警限值；

1月30日，GPS-4号测点单日变形量水平位移为63.1 mm，沉降87.8 mm，超过50 mm/d的一级预警限值；

2月5日，GPS-4号测点单日变形量水平位移为70.9 mm，沉降29.7 mm，超过50 mm/d的一级预警限值；

2月10日，GPS-4号测点单日变形量达1 167.7 mm，沉降977.8 mm，单日变形量超过1 000 mm/d;

2月11日，GPS-4号测点单日变形量达4 162.3 mm，沉降3 364.9 mm，山体整体滑坡，后缘沉降达20多m，S211省道开顶段整体沉降10多m，S211省道断道。

开顶滑坡体GNSS监测系统变形数据过程线见图3，滑坡体滑坡后的现场情况见图4。

图3 开顶滑坡体快速滑移期GNSS监测数据图

图4 开顶滑坡体快速滑移后现场航拍图

3 GNSS监测系统出现的问题及原因分析

开顶滑坡体GNSS监测系统在建设期间和监测过程中出现的问题为：

(1)GNSS测点的建设问题。GNSS测点建设难度大。原因为开顶GNSS测点标杆采用Φ219钢管，长度为3.75 m，加上角钢制作的电阳能板支架，整体重量很大，滑坡体危石、孤石多，地势陡峻，GNSS测点标杆笨重，现场又无任何道路，只能采取人力搬运，运上滑坡体的难度和危险性很大。

(2)GNSS卫星信号问题。该项目个别点位接收卫星信号差，个别时段GNSS系统接收到的信号不满足最少4颗卫星的要求，多路径效应影响大[1]。经分析得知其原因为：滑坡体抢险工期紧，系统选点与建造仓促，未在现场进行长时间的信号测试；滑坡体地势险要，危险性较大，鉴于地形限制，个别点位于信号较差的地方；个别点位的植被茂密，未进行植被清理，进而影响到卫星信号的接收。

(3)现场通讯网络问题。开顶GNSS监测系统采用4 G通讯，在选点与建设时，根据当时当地通讯网络的信号强弱情况选用了电信的4 G通信卡。但在运行过程中发现，该滑坡片区电信基站信号不稳定，或因断电经常性出现无信号情况，导致监测数据无法传输回服务器。

(4)GNSS测点的寿命问题。在滑坡体变形过程中，经常性滚石极易损坏GNSS测点的太阳能电池板和数据采集箱，导致系统数据中断。如2018年2月11日GPS-4号点被落石砸坏，GPS-6号点于3月12号被落石砸坏。

(5)GNSS监测数据的设置和数据解算问题。开顶滑坡体在快速滑移期间，因位移量急剧增大，每小时的变形量最大甚至达到173 mm/h(GPS-4号点)。而开顶GNSS监测系统采用静态解算[1，2]，观测时间越长，解算精度越好，但当GNSS测点变形速率很大时，或一些GNSS测点处于周围遮挡(如建筑物、树木等)及多路径效应影响时，静态解算[1，2]数据表现为浮动解，数据会被徕卡自动化分析软件默认为是粗差而自动舍弃，导致在规定的观测时段内出现不返回监测数据的情况，从而导致部分时段观测数据的缺失，在滑坡体快速滑移期间不能及时提供监测数据，对于这种情况是难以接受的。

(6)GNSS监测系统的预警问题。开顶滑坡体变形值在短时间内即突破了预警等级。虽然GNSS监测系统为自动化监测系统，但仍需人工在服务器值守，观察和分析数据的变化，从数据处理、分析、判别到预警信息[4]的发出需要一定的时间，存在滞后性。

(7)GNSS监测系统的用户体验问题。GNSS监测数据的查看、处理和分析是通过人员值守在数据服务器旁进行本地操作或通过远程控制软件进行远程操作。开顶滑坡体GNSS监测系统采用的莱卡Spider和GeoMoS软件界面为全英文界面，其系统界面复杂，对数据查看、处理和分析人员的素质要求很高，一般人员难以很快掌握，数据的呈现和表达复杂。

4 解决的方法、取得的经验和建议

针对开顶滑坡体GNSS系统建设和监测过程中出现的问题，项目部技术人员总结出一些解决办法、经验并提出了相应的建议，分述如下：

(1)GNSS测点建设难度大问题。建议：在类似滑坡体GNSS测点设计上采用分体式设计，可以将GNSS测点标杆轻量化并设计为分体组装结构，减少零件的单重，进而降低GNSS测点建设的难度。

(2)GNSS卫星信号问题。在类似滑坡体GNSS测点建设前，必须进行长时间的信号测试，检测24 h内各个时段、各个测点的最少卫星数量，对于单点信号测试时间，建议不小于24 h，所选点位的卫星数量不得少于4颗[1，2]。

GNSS测点的选择必须保证一定的卫星几何图形强度,因此，测站周围高度角15°以上不能有障碍物;需要远离高压线、无线电台、微波中继站等大功率信号收发物体以降低原始数据的信噪比;测站周围亦不允许有围墙、广告牌、山坡、大面积水域等信号反射物, 避开山体凹角、建筑物、树木、高压电线和信号基站，以减少多路径效应的影响[1]。如果测点布置无法避开，可采取适当加高测点标杆[3]、清理影响该型号仪器障碍物的方法，确保GNSS测点的信号满足监测要求。

(3)现场通讯网络问题。首先，应在现场充分调研通讯网络的稳定性，或采取工程措施保证滑坡体现场手机通讯网络的信号强度，如增设通讯基站；亦可采用4 G双卡双待无线路由器(通讯模块)，避免采用单卡4 G无线路由器(通讯模块)导致的单一手机网络故障时GNSS测点数据无法传输的问题出现。

(4)GNSS测点的寿命问题。滑坡体GNSS测点太阳能电池板如能在满足太阳照射角度的情况下可将太阳能板主面朝向凌空侧，如太阳能板朝向无法调整，建议在太阳能板山体侧上方加装被动防护网或主动防护网，以减少滚石损坏太阳能板的几率；数据采集箱亦应安装在测点钢管标杆的背面并尽量减小数据采集箱的宽度，避免滚石直接冲击数据采集箱并减少被滚石砸中的几率，从而提高GNSS监测测点在监测滑坡体变形过程中的寿命，减少维修和维护频率，降低GNSS监测人员的作业危险性。

(5)GNSS监测数据的设置和数据解算问题。在变形量不大时(如变形量未超过3 mm/h)，GNSS监测系统应采用静态解算，其观测时间越长，解算精度越好。但当GNSS测点变形速率很大时(如变形量超过3 mm/h)，应将GNSS监测系统及时设置为动态结算[3]，从而避免监测数据出现浮动解算的情况。监测分析软件误认为每小时监测数据为粗差，从而导致滑坡体快速滑移期间有效的、真实的监测数据被软件自动错误的舍弃而导致滑坡体快速滑动期间关键监测数据的缺失。

莱卡的GNSS 监测系统采用Spider软件解算，该软件解算模式分为两种：静态解算和动态解算。在静态解算模式下的数据精度可以达到毫米级[3]，而动态解算[4]模式下的数据只能达到厘米级。对于已经快速滑移的边坡，静态解算难以快速、实时的呈现监测数据，且其毫米级的监测精度已失去意义，但采用动态解算可以实时数据呈现，虽然其精度较差，但监测频率可达5 s一个数据,在滑坡体快速滑移期间，GNSS监测动态解算的意义重大，可实时、快速地反映滑坡体的运动状况，为应急抢险决策提供数据支持。

(6)GNSS监测系统的预警问题。通过对GeoMoS[6]数据分析软件的设置，对超过限差的点进行预警，开顶滑坡体主要采用了应用程序和邮件两种预警方式，对开顶滑坡体现场安全管制人员的预警采用邮件预警方式，告知相关部门人员提前做好相关安全工作。

根据开顶滑坡体变形应急预案设置的预警等级，GeoMoS[6]数据分析软件设置了三级预警阈值，预警信息内容主要包括时间、点号、仪器、预警等级、位移量、限值等。

在开顶GNSS监测系统实际应用过程中发现，当位移变化大于一级限差时均会触发二、三级邮件预警；大于二级限差时软件均会触发二、三级邮件预警。此邮件预警的弊端在于：如果现场超出限差的点位较多且变形值较大，每个超限的点都会不断给我们发多条预警信息，预警接收人的邮箱会被这种预警邮件占满，针对此问题，我们对GeoMoS[6]数据分析软件进行了设置，减少了重复的邮件预警信息，如每10条发出一次预警或者每隔1 h进行一次预警，从而解决了短时间内软件重复触发邮件预警的问题。

(7)GNSS监测系统的用户体验问题。笔者建议对GNSS监测系统开发相应的手机APP软件，简化数据的计算、分析和查看界面，丰富数据的呈现形式，改善用户体验。

5 结 语

笔者针对在开顶滑坡体GNSS系统建设和监测过程中发现的一些问题，提出了具体的解决办法和建议，以及在滑坡体快速滑移期间针对如何快速、实时监测滑坡体变形过程，及时提供监测数据，及时准确地发出预警信息指导应急抢险，以及提高GNSS系统测点在滑坡过程中的寿命总结了一些工程经验，希望能为类似快速滑坡体GNSS监测提供借鉴。