[基于GPS技术的公路滑坡三维形变监测技术研究]GPS监测技术

　　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
　　中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(a)-0035-01
　　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。通过旋转式镜头的中心发射激光,当激光接触到物体立刻被反射回扫描仪,这样扫描仪记录了仪器与物体之间距离,同时通过计算旋转镜头在竖直方向的旋转角度与激光扫描仪的水平旋转角度得到测量点的三维坐标,通过三维坐标可以形成滑坡体的点云图,点云图精确成CAD模型就可以对变形监测进行清楚分析。三维激光扫描仪的最大优点是监测效率高、操作简便、成像直观形象,在户外监测中应用广泛。
　　1.3.3 摄影测量监测方法
　　摄影测量方法包括近景摄影测量和地面立体摄影测量方法。比如,利用普通相机或数码相机照相,然后输入计算机中先进行像点量测,再通过程序计算获取三维坐标,根据坐标判断形变;或者用专用量测相机对滑坡监测范围进行拍摄,并构成立体像对,结合坐标量测仪量测出观测点的像坐标,然后通过坐标法测定地面变形。摄影测量与遥感学科隶属于地球空间信息科学的范畴,它是利用非接触成像和其他传感器对地球表面及环境、其他目标或过程获取可靠的信息,并进行记录、量测、分析和表达的科学与技术。
　　2 GPS公路滑坡三维变形监测研究
　　2.1 GPS测量原理与方法
　　全球定位系统简称GPS,是由美国建立的一个卫星导航定位系统,因其具有全天候、连续、实时的特点,同时具有全球覆盖、同步测量等优点,广泛应用于各行各业,对地质灾害的监测、提高对灾害的预报和预防,保证人民生命财产安全具有重要的实际意义。
　　2.2 伪距定位法
　　伪距法定位是GPS定位系统进行导航的最基本的方法,其基本工作原理是由GPS接收机在某一时刻测出得到四颗以上GPS卫星的伪距以及已知的卫星位置,通过计算距离交会的距离得到接收机天线所在点的三维坐标,进而进行测量。因为卫星钟和接收机钟之间机器存在误差,所以实际测出的距离ρ′与卫星到接收机的几何距离ρ有一定的差值。虽然伪距定位法存在误差,定位精度不高,但是误差很小,而且是一次定位存在误差,所以当其高速的定位速度和其没有多值性的特点,在GPS定位导航系统中占有重要的地位。
　　2.3 GPS相对定位
　　GPS相对定位是在基线的两端分别安置一台接收机,两台通过同步观测相同的GPS卫星计算出基线端点的相对位置或基线向量。这种方法的优点是计算方便,如果知道一个端点坐标,通过用基线向量计算出另一待定点的坐标,也是GPS测量的重要方法之一。
　　3 GPS在公路滑坡监测中的实施
　　3.1 基准点的选择与坐标测定
　　因为变形测量需要进行多次重复测量,这样如果采用不同的基准,这样每次测量得到的相应的变形位移量就会不同,因此要使测量准确,必须建立一个统一的基准,一般选择固定基准测量。由于大型滑坡体监测不方便实施,这样可以布设一定数量的首级控制网—— 基准网,然后利用GPS定位技术进行测定,优先选择离滑坡较远且地质条件良好地域有利于测量的实施。
　　3.2 GPS滑坡监测网的技术设计
　　建立GPS控制网进行滑坡变形监测,是对GPS控制网以一定的周期进行重复观测,然后各期单独平差,求出各期间的坐标差(高程差)及精度信息。根据坐标差(高程差)信息估计变形参数,建立变形监测点的运动变化数学模型,用于对滑坡体的变形状况进行评估和预报。
　　3.3 GPS滑坡监测数据的采集
　　变形监测是其中重要内容,也是判断滑坡的重要依据,为了得到可靠的GPS滑坡监测信息,在GPS观测前应做好GPS接收机的检定、GPS卫星的可见性预报、GPS观测调度计划等准备工作,以保证获取高质量的GPS外业观测数据。GPS观测前应编制观测计划表,观测时统一调度、按计划进行。可靠的监测基准是进行滑坡形变情况分析、趋势预测的重要基础之一。
　　4 结语
　　公路滑坡地质灾害分布范围广、发生频繁,降低公路滑坡地质灾害对人民生命财产安全造成的损失,必须建立安全、可靠、有效地公路滑坡三维变形监测方法。GPS作为一种新兴的大地测量手段,它具有全天候、高精度、自动化程度高等特点,为公路滑坡等地质灾害的监测与预报提供了更先进、更有效的技术手段。
　　参考文献
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