基于GIS的邊坡變形監(jiān)測(cè)方案優(yōu)化

摘 要：本文提出從地質(zhì)學(xué)角度全面分析影響邊坡穩(wěn)定性的地形條件、地質(zhì)構(gòu)造、地層分布、巖體類型、水文地質(zhì)條件、植被分布等主要各種因素及觸發(fā)邊坡向失穩(wěn)方向發(fā)展的各種內(nèi)、外動(dòng)力和人類工程活動(dòng)因素，依托GIS空間分析技術(shù)，按照因素間的相互影響強(qiáng)度以及隸屬關(guān)系，將層次分析法與GIS空間分析相結(jié)合，初步分析研究區(qū)穩(wěn)定性分布體系，為邊坡智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案的布設(shè)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：邊坡 智能監(jiān)測(cè) GIS

中圖分類號(hào)：U41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）09（c）-0050-02

邊坡穩(wěn)定性受邊坡的巖體結(jié)構(gòu)、賦存環(huán)境、邊坡形態(tài)等多種復(fù)雜因素影響，要了解形變的發(fā)展規(guī)律以進(jìn)行長(zhǎng)期的合理規(guī)劃及安排，從而實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的防治、防控，必須充分利用高新技術(shù)及先進(jìn)儀器布設(shè)合理的監(jiān)測(cè)方案進(jìn)行周期性監(jiān)測(cè)[1-3]。本文依托GIS空間分析技術(shù)，從地質(zhì)學(xué)角度對(duì)影響研究區(qū)穩(wěn)定性的各因素進(jìn)行綜合地分析，為變形監(jiān)測(cè)方案的優(yōu)化提供了有效的參考，取得了較好效果。

1 基于GIS的穩(wěn)定性分析

1.1 研究區(qū)穩(wěn)定性影響因素分析

影響邊坡穩(wěn)定性因素包括靜態(tài)、動(dòng)態(tài)因素兩大因素。靜態(tài)因素是影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素，通常包括巖體類型、地層分布、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、地形條件、植被分布、等指標(biāo)因素。觸發(fā)邊坡失穩(wěn)的各種人類工程活動(dòng)及內(nèi)、外動(dòng)力因素是動(dòng)態(tài)因素，通常包括氣象條件、地震活動(dòng)及人類活動(dòng)等。

1.2 層次分析法構(gòu)建邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

本研究從地質(zhì)學(xué)角度確定9個(gè)影響研究區(qū)穩(wěn)定性的指標(biāo)因素，這九個(gè)因素對(duì)斜坡穩(wěn)定性的影響程度各不相同，而每個(gè)因素又有不同的影響因子（圖1）。采用數(shù)學(xué)加權(quán)法和專家咨詢法相結(jié)界定各影響因素的權(quán)重，依據(jù)公式（1）計(jì)算上述評(píng)價(jià)指標(biāo)體系各種因素及因子的綜合影響。

1.3 數(shù)學(xué)模型及影響因子指標(biāo)的確定

公式（1）中R為研究單元評(píng)分總值，Wi為各影響因素不同影響程度，Pji貢獻(xiàn)函數(shù)值，是用來(lái)衡量各級(jí)別因素的影響程度。

1.4 利用GIS生成影響因素?cái)?shù)據(jù)文件

利用GIS的空間分析功能生成研究區(qū)各影響因素文件，然后將各個(gè)影響文件進(jìn)行疊加分析，對(duì)每個(gè)柵格通過(guò)加權(quán)求和運(yùn)算，遍歷整個(gè)研究區(qū)得到邊坡穩(wěn)定狀況空間分布圖，據(jù)此對(duì)研究區(qū)監(jiān)測(cè)網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

2 研究區(qū)變形監(jiān)測(cè)方案的優(yōu)化

首先采用數(shù)字水準(zhǔn)儀構(gòu)建研究區(qū)首級(jí)高程控制，采用靜態(tài)雙頻GPS建立首級(jí)平面控制。監(jiān)測(cè)方案針對(duì)不同區(qū)域布設(shè)不同級(jí)別、不同密度的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，利用智能全站儀、測(cè)斜儀等先進(jìn)儀器，進(jìn)行全天候、周期性智能監(jiān)測(cè)，同時(shí)采用三維激光掃描獲取研究區(qū)整體變形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較。

2.1 GPS首級(jí)控制

參考基于GIS的邊坡穩(wěn)定狀況分析結(jié)果，本著經(jīng)濟(jì)合理、重點(diǎn)突出的基本原則，對(duì)研究區(qū)分級(jí)部網(wǎng)。基本控制網(wǎng)布設(shè)在距離邊坡外圍500m左右的穩(wěn)固區(qū)域，保證整個(gè)首級(jí)控制不受邊坡開(kāi)挖擾動(dòng)的影響。首級(jí)控制主要由3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)及2個(gè)工作點(diǎn)構(gòu)成，基線長(zhǎng)度為1km左右。GPS觀測(cè)主要存在天線相位中心位置偏差、多路徑誤差、地面起始點(diǎn)誤差、接收機(jī)位置誤差、衛(wèi)星PDOP值等誤差。為確保測(cè)站點(diǎn)的可靠性減少主要誤差來(lái)源，嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行周期性復(fù)測(cè)進(jìn)行反復(fù)檢核。

2.2 測(cè)量機(jī)器人邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)

參考研究區(qū)穩(wěn)定狀況空間分布情況，在研究區(qū)共布設(shè)120個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)組建多層次變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)。危險(xiǎn)區(qū)域點(diǎn)位布設(shè)密集，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，依據(jù)實(shí)際地形劃分8個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，斷面間距平均為50m，不穩(wěn)定區(qū)域作為次重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)，劃分7個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，斷面間距平均100m，呈網(wǎng)格狀布設(shè)。周期性監(jiān)測(cè)采用徠卡TCA2003高端全站儀，配備SmartMonitor軟件，對(duì)研究區(qū)進(jìn)行24h自動(dòng)變形監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。

2.3 測(cè)斜儀深部監(jiān)測(cè)

方案將深部監(jiān)測(cè)與地表監(jiān)測(cè)相配合，依據(jù)工程地質(zhì)條件，布設(shè)12個(gè)深部監(jiān)測(cè)斷面，36個(gè)深部監(jiān)測(cè)點(diǎn)。采用鉆孔測(cè)斜儀為主的監(jiān)測(cè)手段，以伺服加速度傳感器為核心技術(shù)構(gòu)建智能測(cè)斜系統(tǒng)對(duì)邊坡進(jìn)行深部監(jiān)測(cè)。

2.4 三維激光掃描技術(shù)

方案采用三維激光掃描技術(shù)構(gòu)建研究區(qū)三維實(shí)體模型，以彌補(bǔ)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)目的局限性缺陷， 將有限的監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)所得到的信息與三維激光掃描獲取的整個(gè)變形體的情況相比對(duì)，獲取坡體的總體變形趨勢(shì)及細(xì)節(jié)。該掃描儀采用非接觸式高速激光測(cè)量方式，以點(diǎn)云方式獲取研究區(qū)三維表面陣列式幾何圖形數(shù)據(jù)。具體原理為掃描儀對(duì)目標(biāo)發(fā)射激光，通過(guò)激光發(fā)射和接受的時(shí)間差計(jì)算出監(jiān)測(cè)點(diǎn)與掃描儀距離，軟件系統(tǒng)依據(jù)步進(jìn)角距值，實(shí)時(shí)計(jì)算出監(jiān)測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)并存儲(chǔ)構(gòu)建研究區(qū)的三維幾何模型。

3 結(jié)語(yǔ)

GIS空間分析技術(shù)應(yīng)用于邊坡監(jiān)測(cè)工程系統(tǒng)，為優(yōu)化監(jiān)測(cè)方案提供了有效手段。GIS技術(shù)使邊坡系統(tǒng)在處理邊坡三維空間問(wèn)題方面具有很好的數(shù)據(jù)適應(yīng)性，相關(guān)地形資料和勘查資料可以很容易轉(zhuǎn)化成GIS的數(shù)據(jù)格式，而且越是地形復(fù)雜和地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的邊坡體越能體現(xiàn)出基于GIS技術(shù)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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