GPS技術進行滑坡監測數據采集及控制探討

陳雄新

摘 要：我國科學技術的快速發展，在一定程度上促進了GPS技術的發展，GPS技術在各個領域中的應用范圍逐漸擴展，尤其是滑坡監測領域。文章針對GPS技術進行滑坡監測數據采集及控制進行深入的分析。

關鍵詞：GPS技術；滑坡；監測數據；采集；控制

1 概述

就目前來看，全球衛星定位技術（GPS）呈現良好的發展態勢，GPS技術的應用范圍處于不斷擴展的趨勢，尤其是在監測方面。GPS技術具有精度高、速度快以及全天候監測等一系列優點，人們開始逐漸重視GPS技術的發展與應用。

2 GPS技術在滑坡監測系統中的應用

2.1 滑坡系統的構成模型

在滑坡監測工程中應用GPS技術的過程中，可以將CPS滑坡監測系統劃分為以下幾個系統模塊：（1）數據庫系統；（2）數據接收與處理系統；（3）前端數據采集系統；（4）數據查詢分析系統。根據GPS滑坡監測系統可以看到，各個系統模塊的工作可以將其看作一個相對獨立的事項，監測數據是各個系統模塊之間的聯系樞紐，因此數據的采集雖然屬于前端系統工作，但是貫穿于整個檢測系統中，數據采集的有效性直接影響著整個GPS監測系統的性能。如圖1所示，GPS檢測系統構成模型。

2.2 各個系統模塊的組成與功能

2.2.1 數據庫系統。數據庫系統主要由專用的數據庫軟件組成，主要的功能是對檢測數據進行存儲，保障監測數據的安全性，避免監測數據丟失。

2.2.2 數據接收與處理系統。數據接收與處理系統主要由解算軟件、接收設備等一系列事項組成，主要的功能就是接收數據采集系統傳輸的監測數據，并且對接收的監測數據進行合理的解算處理，最后將監測數據的結算處理結果當作一個精確的測量數據傳輸至數據庫系統中，對其加以保存。滑坡監測經常應用相對定位，所以對于監測數據的處理主要為整網平差與基線向量處理。

2.2.3 前端數據采集系統。前端數據采集系統主要由數據傳輸設備、單板機、各種檢測設備以及GPS接收機等一系列事項組成，主要的功能是對收集與傳輸監測點的地表坐標、地下水位、深部位移以及降雨量等一系列監測數據；主要應用已經存在的公用通信網對監測數據進行傳輸。主要根據監測現場的實際地質條件，并且與GPS接收機的特性相結合，對各個監測點進行布網操作。

2.2.4 數據查詢分析系統。數據查詢分析系統主要由一系列應用軟件組成，主要的功能就是對監測系統中的各種監測數據進行分析、查詢以及報表輸出等操作，以此來滿足監測過程中的需求。

2.3 監測系統具備的特點

就目前來看，現有GPS滑坡監測系統各個系統模塊之間處于一個相互協調的狀態，而且協調性比較好，這在很大程度上發揮了GPS技術自身具備的測量精度高、實時觀測等多個優點，在工程測量應用中的效果十分顯著。但是，GPS滑坡監測系統并沒有充分考慮滑坡災害具備的特點，所以GPS滑坡監測系統還存在一些需要完善的缺陷。

3 GPS技術進行滑坡監測數據采集及控制的分析

3.1 現有數據采集模式

監測點的位置坐標值是滑坡監測過程中的重點事項，它主要是由GPS設備進行測量而獲取的，因此現有數據采集模式與GPS相對定位的數據采集模式類似。現有數據采集模式的特點，主要包括實時性、全天候等，工作模式主要為劃分時段進行測量操作，在工作時段單向的將整個數據采集信息傳輸到處理系統模塊與數據接收模塊中。由于數據采集的時段已經在人為操作下預先進行了確定，而在系統工作中的改變存在一定的局限性，所以，前端數據采集能夠將其確定為是一個固定頻率。

3.2 現有數據采集模式中存在的矛盾

從滑坡方面來看，就已經存在加速、孕育、停止以及減速等多個階段，再加之所在的地質環境條件與人類活動、暴雨以及振動等一系列因素的干擾，導致滑坡的狀態與機理非常的復雜。因為整個監測系統在單方面就已經發揮了GPS技術具備的特點，并沒有重視滑坡災害具備的特點，所以在工程測量中的應用存在矛盾。為了對監測資料進行全面的收集，所以采用的數據采集頻率比較高，監測系統的前端在不超過一定負荷條件的時候，會處于一個穩定運行的狀態。但是，當滑坡處于一個緩慢加速、蠕變過程中的時候，在一定程度上會造成大量采集數據的冗余，由于監測具有實時性，所以不僅會造成負荷的增加，還會導致大量的冗余數據堆積于數據庫系統中，出現浪費資源問題，而且在很大程度上增加了后端數據查詢、分析以及整理工作的難度。從另一個角度來看，若是降低監測數據的采樣頻率，就可以有效的緩解此矛盾；但是，滑坡在暴雨條件下或者急劇加速的過程中遇到一些突發狀況的時候，如果采樣頻率過低會導致重要監測信息的漏掉問題，甚至造成滑坡峰值點的爆發。因此，矛盾的焦點主要體現在現有監測數據采集模式與滑坡災害特點之間的結合不夠緊密。

3.3 滑坡監測過程中的控制

3.3.1 在監測系統模型中引入控制。將控制引入整個監測系統中，能夠有效的解決上文所提到的矛盾。由于現有監測系統中的處理系統模塊與數據接收中主要使用的是GPS接收機，而且還有一些結合開發的軟件或者解算軟件，所以采用采樣控制的方法能夠有效的引入系統模型中。如圖2所示，主要是對圖1黑框部門重新進行設計。

與圖1相比較可以發現，可以在控制程序中加入處理系統模塊與數據接收模塊，然后形成一個整體，圖2中最為重要的位置在于對控制信號線的引入，這條控制信號線能夠有效的將機房中的數據接收處理系統與野外的前端數據采集系統結合在一起，形成一個智能系統。

3.3.2 控制程序功能。前端數據采集系統中的單板機包含著控制程序協同，可以對其進行編程操作，能夠很據實際需要對不同的數據采樣頻率進行應用，使檢測數據采樣在監測過程中能夠跟隨監測點的變化而作出相應的調整。一般情況下，采用普通的采樣頻率，就能夠在很大程度上改善后端檢測數據出現的冗余問題；但是在情況出現變化的時候，例如：遇到暴雨或者滑坡加速嚴重等，采用比較高的采樣頻率能夠對監測數據進行全面的收集。根據監測點的地質環境與地質條件，與過往監測數據相結合，能夠制定一個等級存在差異的監測密度，以此對不同等級的數據采樣頻率進行有效的調整。

3.3.3 控制信號的作用。控制信號的作用，主要在于對野外的前端數據采集系統在工作過程中的頻率進行合理的調整，在控制信號發送方面，可以根據實際需要對其進行合理的設定，而且便于在控制程序的改動過程中對檢測控制指標進行添加。

4 結束語

在應用GPS技術進行滑坡監測的系統模型中引入控制數據采集，是一種十分有效的方法，在已有工程上做出較小的改動或者添加就能夠實現；在新的工程中，在設計過程中對于控制數據采集的引入進行合理的規劃之后，能夠在很大程度提升系統的整體性能，所以應當重視控制數據采集的引入。

參考文獻

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