GPS定位系統在滑坡監測中的應用——以四川峨眉某滑坡為例

李　軍, 張清志

(成都地質調查中心，四川成都 610081)

?

GPS定位系統在滑坡監測中的應用
——以四川峨眉某滑坡為例

李軍, 張清志

(成都地質調查中心，四川成都 610081)

【摘要】西南地區地形復雜，人口眾多，屬地質災害多發區。自2008年“5·12”汶川大地震和2013年“4·20”蘆山地震以后，四川大渡河流域地區的自然環境正在發生著令人不可忽視的變化。為保障該區人民財產生命安全不受損害，建立有效的山體滑坡監測網、累積足夠的監測數據以了解地質災害的發生誘因與進程顯得刻不容緩。建立地質災害山體滑坡監測數據庫，對公路建設、旅游開發、人居環境、資源開采等領域有著必不可缺的意義。GPS衛星全球定位系統由于其定位速度快、不受氣候條件限制、可獲得mm級精度等可靠性，對大地測量以及地球動力學研究等諸多領域產生了極其深刻的影響，在地質災害滑坡以及地殼形變監測等領域受到了越來越廣泛的應用。文章主要以某滑坡為例，介紹GPS用于監測滑坡變形的全過程。

【關鍵詞】地質災害；滑坡；GPS監測；監測網建立；數據處理

我國幅員遼闊，人口眾多，地質災害較多。隨著經濟的迅猛發展，交通水利及自然資源的大力建設和大量開采,導致自然環境正在發生著令人不容忽視的變化。加上2008年5月12日汶川大地震和2013年4月20日蘆山地震發生以后，西南地區的川、云、貴、西藏等地的滑坡、崩塌等地質災害對人民生產生活造成的影響在大量的增加。其中尤以地質災害滑坡對人民生命財產和國民經濟造成的損失最為直接和巨大。所以建立安全可靠的滑坡監測體系，持續有效地監測地質災害顯得尤為重要和意義重大。滑坡監測的方法是多種多樣的，包括滑坡體整體變形監測、滑坡體內部應力監測(如滑體深部位移等)、滑坡體外部環境監測(如降雨量、地下水位、地聲監測等)。其中滑坡體整體變形監測是諸多監測方法中最重要的內容，也是判斷滑坡是否危險的主要依據。以往滑坡監測方法通常有兩種：一是高程用水準測量方法進行測量；二是用三角測量方法或經緯儀導線測量平面位移。20世紀80年代中期出現全站儀以后，人們就利用全站儀導線和電磁波測距三角高程方法進行變形監測。但上述方法都需要人員到現場觀測，工作量大，特別在西南山區進行外業操作，山陡路險，樹雜草深，作業十分困難，很難實現無人值守監測。隨著科學技術日新月異的進步，對滑坡變形監測的要求也在不斷地發展和提高。自1994年Global Positioning System(GPS)衛星全球定位系統作為一項前端技術出現以來，由于其定位速度快、不受氣候條件限制，可全天候監測、測站之間無需通視、可獲得mm級精度等優點，對大地測量以及地球動力學研究等諸多領域產生了極其深刻的影響，在對地質災害滑坡以及地殼形變監測等方面受到了越來越廣泛的應用。

本文主要以四川省峨眉山市川主鄉梯改坡滑坡為例，介紹GPS用于監測滑坡變形的全部過程，包括滑坡體的介紹、監測網的設計建立、外業數據采集、室內數據處理、滑坡體變形的分析等內容。

1滑坡體基本情況介紹

該滑坡位于峨眉川主鄉梧桐村，地處峨眉山市西北部，距市區約5 km，為多年古滑坡。滑坡微地貌為低山斜坡地貌，坡向為南東，總體地勢西高東低(圖1)，后緣高程799 m，前緣高程492 m，相對高差為307 m。斜坡主要微地貌單元有陡坎、陡坡、緩坡以及平臺，在縱向從上往下逐次變化呈陡-緩-陡-平臺-陡-緩形態 ，橫向上中部微凸。后緣坡度35°左右，中后部坡度相對較緩，坡度約為18°；中部為滑坡平臺，前部相對較緩，坡度在10°～16°之間。自2013年4月20日蘆山地震發生以后，該滑坡點上的大多數住戶均有房屋地基裂縫、耕地出現下滑等現象。

圖1　峨眉川主鄉滑坡監測工程地質圖

2滑坡監測網建立

該滑坡GPS監測網由基準網和變形網構成。首級網為監測系統的基準網，由布設在滑坡體邊緣的3個基準點組成。變形網由布設在滑坡體上的監測點組成。在基準網控制下，將滑坡體上監測點的各期觀測值與首期觀測值的坐標進行平差，計算差值,即可得到該滑坡體的運動值，從而判斷該滑坡的穩定性。滑坡監測點根據滑坡體特點來選擇，這些點既要能反映滑坡體的整體變形方向、變形量,又要能反映滑坡體范圍變形速率，同時每個點還要考慮接收衛星信號情況，如測點上空不能有大面積遮蓋物、高壓電線或無線電波發射臺等，以免影響衛星接收的不間斷和準確性。遵循此原則，在對野外現場環境進行了仔細踏勘之后，布設了如圖2所示的GPS變形監測網。其中EMB1、EMB2、EMB3為布設在該滑坡體邊緣穩定基巖上的3個基準點，EM04、EM05、EM06、EM07、EM08、EM09、EM10、EM11、EM12、EM13、EM14、EM15為布設在本滑坡體上的12個對應監測點。各點之間的最遠距離約為829 m，最短距離約為66 m。在基準點和監測點上均構筑了高度為1.3 m、并統一配備了強制對中裝置的堅固水泥觀測墩，以保證其穩固性和長年保存性。

圖2　 峨眉川主鄉滑坡監測點位分布

3外業數據采集

在對該滑坡變形值的數據采集過程中，分別于2014年4月和9月對該滑坡體進行了監測。基準點的外業監測數據采集用2臺美國進口trimble 5 700和1臺trimble R8 雙頻GPS接收機，監測點數據采集利用4臺trimble 5 700雙頻接收機。監測方法采用靜態相對定位的方法，衛星角度為10°，數據采樣率為15S。基準點和監測點都連續監測3個時段，每個時段24 h。并采取選擇衛星不少于4顆、選擇GDOP值不高于6的手段來提高監測精度。

4數據處理

在監測數據后期處理過程中，采用了trimble公司的TTC2.0 GPS定位系統專業軟件逐步進行解算。

(1)基線處理。將原始觀測獲得的DATA文件轉換成在GPS測量應用中普遍采用的標準數據格式rinex文件之后，即可導入trimble TTC專用GPS處理軟件進行基線處理。根據軟件處理慣例，基線經軟件自動處理后呈綠色，即表明基線處理已通過。本次共處理基線57條，通過55條，通過率達到了95%以上，符合基線處理規范。

(2)GPS監測網平差。將基準點和監測點的基線進行處理通過后即可進行國家無約束三維平差(圖3)，在平差過程中所有基線會隨平差進程滾動條變成蘭色平差向量，這表示網中基線不含任何粗差。完成無約束平差后即可對GPS監測網進行國家約束三維平差，完成后賦值到監測報告數據庫中。

圖3　峨眉川主鄉滑坡監測網平差向量圖

(3)閉合環的檢驗。按三角形做閉合環，表1列出了兩期GPS監測網的環閉合差精度。從表中數據可以看出，經空間無約束平差后各項精度指標都達到了預期目標，監測網的外業觀測質量符合GB/T 1931-42001《全球定位系統(GPS)測量規范》的要求。

表1　環閉合差精度統計

(4)兩期監測數據對比及解算。將兩期數據都進國家三維約束平差以后，再將兩期監測數據庫中的笛卡爾坐標進行求差，即可得出各個監測點位的位移數據。 本文主要介紹介紹2014年4月和10月數據，具體如表2和圖4所示。

圖4　峨眉川主鄉滑坡點位兩期位移量對比柱狀圖

5結論

(1)該滑坡的12個監測點均發生了不同程度的變形，總體變形方向為NE向，與從滑坡體前緣流過的川主河基本垂直。其中位移量最大的監測點是EM13 (dx=24.0 mm，dy=-22 mm)和EM15 (dx=24.0mm，dy=-28.5mm)。因該滑坡體南西部多為侏羅系遂寧組砂巖，較為穩固，故西南部坡腳有常年生產的采石場和機磚廠卻未發生垮塌；滑體北東向中上部為凸出的第四系崩坡積、殘坡積物，較不穩定，所以該滑坡又有與該水系流向相反往北傾斜滑動的趨勢(圖5)。

表2　兩期滑坡監測點位移數據對比統計

圖5　 峨眉川主鄉滑坡點位移圖

(2)目前該滑坡正處于滑動變形期，滑體上又多分布民居和維系當地主要經濟來源的茶樹和白蠟樹，當地政府應高度重視，安排專職人員進行監測和巡視。特別是雨季汛期，更應注意安全，及時避險，必要時向當地政府提出搬遷請示。

(3)從該滑坡前緣經過正在建設的川主——洪雅公路的施工單位，應充分考慮該滑坡的變形量與滑動方向，因地制宜，合理考慮施工方案，謹慎準備安全預案，使工程圓滿完成，以免給人民財產生命安全造成損失。

【文獻標志碼】B

【中圖分類號】P225.3

[作者簡介]李軍(1975～)，男，專科，從事地質災害滑坡GPS監測和地殼形變監測工作。

[定稿日期]2015-09-08