GNSS技術在滑坡監測中的應用研究

摘要：滑坡是每個國家和地區都存在的地質災害之一，每年造成的人身財產損失更是慘重。為防治滑坡，各國建立了變形監測系統，有效地預測和警示地質災害相關信息。其中，GNSS技術不僅能實時、全過程、自動化地監測，而且精度較高，在滑坡變形監測中起到了關鍵作用。因此，該文在介紹滑坡和GNSS技術的基礎上，探討GNSS技術在滑坡監測中的應用流程和具體應用，以期優化滑坡變形中GNSS技術的監測預警作用，及時防治滑坡變形災害。

關鍵詞：GNSS技術滑坡監測應用

中圖分類號：P642.22文獻標識碼：A?? 文章編號：1672-3791（2022）05（a）-0000-00

Application of GNSS Technology in Landslide Monitoring

ZHANG Tinghao

（Lanzhou Resources & Environment Voc-Tech University，Lanzhou ，Gansu Province，730000 China）

Abstract：Landslide is one of the geological disasters in every country and region， and the personal and property losses are even more serious every year. In order to prevent and control landslides， countries have established deformation monitoring systems to effectively predict and warn the relevant information of geological disasters. Among them， GNSS technology can not only real-time， whole process and automatic monitoring， but also has high precision， which plays a key role in landslide deformation monitoring. Therefore， based on the introduction of landslide and GNSS technology， this paper discusses the application process and specific application of GNSS technology in landslide monitoring， in order to optimize the monitoring and early warning function of GNSS technology in landslide deformation and prevent landslide deformation disaster in time.

Key Words： GNSS technology; Landslide; Monitor;Application

各類型滑坡地質災害引起的嚴重后果頻頻見諸報端，尤其距離滑坡發生地較近的居民、企業等，受災情況更是讓人心驚。為了降低滑坡地質災害的發生頻率，我國不斷研究和投入使用相關預警技術，逐漸形成了較為成熟的預警系統，GNSS技術就是其中的重要組成部分。實踐證明，其在監測和預防地質災害方面效果顯著，有力地保障了我國社會、經濟等領域的效益。

1 滑坡及滑坡變形監測概述

滑坡主要是指河流、地震等自然因素和相應的人為因素（如建造切坡等），作用于斜坡上的巖石體、土質物或者是巖土混合物，再加上重力的影響，這些巖石和土層等整體或分散著從軟弱層面向下滑動的一種地質現象[1]。防治滑坡，離不開變形監測技術，其能夠敏感地捕捉到地質災害可能發生的信息，然后做出預測和預報。具體來說，滑坡變形監測就是借助相應的測量設備設施和方法，不間斷地、靈活地跟蹤監測變形體的空間位置與時間特點，形成相應的數據并對其進行分析、運算，最終呈現出變形體可能發生的變化軌跡。

在這個過程中，需要形成周期性觀測，實時觀察三維坐標（x，y，z）的變化，從而及時了解變形體是如何分布的，再基于多次觀測所得數據，在對比中得出變形體的變化信息，綜合分析預測滑坡可能出現的變形，便于工作人員第一時間啟動防護預案，防患于未然。現在，還未出現有效的技術或手段來完全杜絕滑坡地質災害的發生，不過，隨著變形監測技術逐漸成熟，其應用使得災害的發生率大大降低。其能夠相對準確地預測災害何時發生，為防災減災過程中，人員的疏散，提供了寶貴的反應時間。近二三十年間，因變形監測技術及時發揮作用而避免了國家人民遭受人身財產損失的現實例子數不勝數，不過從根本上來說，只有形成群體性監測和防治格局，才能使滑坡防治的成功更有保障，而在這方面，人類仍然任重而道遠。尤其是不少滑坡災害是突發的，且造成的危害相當嚴重，這對于目前我國的理論研究界來說，還是個未攻破的大難關。

一直以來，我國都嘗試著用不同的方法對滑坡進行實時監測，常用的方法有：利用地面傾斜盤來預測前期的滑坡出口;利用監測點樁來掌握中后部及出口裂縫的變化;發展情況，建立了監測點樁;利用機械點位以及電子記錄來掌握后緣裂縫的變化;利用沉降式監測點來掌握地面沉降的情況;利用滑坡體上安裝的鉆孔斜側孔來判斷滑面的地點;利用地面全站儀監測站來實時掌握滑體的變化等。但每種方法都并非完美無缺的，比如：數據檢測對人工依賴性比較強，需投入較大成本，且無法避免人為、環境等因素的影響;另外，數據在現場采集完之后，需要較長的時間才能送達數據處理中心，不能滿足動態、高效率反饋的要求。FEB82C28-6EA0-4AD2-82AF-7369B51EC30A

相比之下，GNSS技術的綜合優勢非常明顯，不僅可靈活、全過程。自動化監測，而且所得數據更為精準，具體來說就是：首先，其可以24小時不間斷地工作;其次，其依托三維定位，位置、速度和時間精確度都要優于以往和其他技術;再次，其幾乎覆蓋了全球每個地區，每個時間點上都有4顆衛星在同時運作[2];最后，僅需在觀測點位置準確地放置接收機天線，天線周圍放置上主機，其就可自動收集數據，然后再將其自動傳送到數據研究中心。整個過程都是全自動化的，大大節省了人力，也有效地避免了人力因素的影響。因此，目前GNSS技術已成為滑坡監測的首要選擇。

2 GNSS技術在滑坡監測中的操作流程

GNSS技術對滑坡地質災害進行監測預報，主要發生在地表位移中，基本的操作流程如下：（1）修建GNSS基墩，然后安裝設備。在站桿上固定太陽能板，將電源線置于合適位置并標記上。這個站桿主要是和基墩連接在一起，太陽能電池板的受光面固定在正南方，并將其和風機電源線穿過隱藏的管道，和GNSS站桿相連接，再在GNSS站桿上裝上蓄電池和SIM卡，與GPRS天線、GNSS天線接通，送上電壓，再為天線罩上罩并固定。（2）技術人員在設備中輸入數據信息，形成監測系統，然后利用高效的設備儀器和技術方法等，使系統運作起來，并長期保持全天、全方位的地質監測工作狀態。同時依據氣象風險預報，在區域監測方法的支持下，進行疊加與耦合分析，做出預測評估，聯合專家的商討，而后根據預警預報信息發布基本程序審批[3]，通過各類新媒體途徑，將監測預警信息傳達到相應的區域，便于其依此對災害進行防治。

3 GNSS技術在滑坡監測中的具體應用——以蘭州東某濕陷性黃土滑坡為例

3.1 基于GNSS技術實現高精準定位

一般高精度定位選擇的是載波相位觀測值方法，但這種方法在應用過程中，需要同時參考測碼偽距觀測值，這樣才能避免周跳和整周模糊度造成的影響。對載波相位相對定位求差，一般通過將相位觀測值來實現，通常采用的方法包括單差法、雙差法以及三差法這3種。利用單差法，能夠避免衛星鐘誤差、星歷誤差對結果的干擾，雙差法也具有同等效果，除此之外還能避免接收機鐘誤差對結果的干擾，而三差法則能夠避免周跳對結果的干擾。綜合來看，在監測和預報滑坡體變形情況方面，主要采用的是GNSS技術中的載波相位相對定位雙差法。就拿蘭州東某滑坡體的變形監測來說。如果周圍不存在高精度基準點，那么基線結算就基于IGS基準站點四個站點即BJFS、LHAZ、TWTF、CUSV24小時所得的觀測數據，以及GP02、BX03、JZ02這3個基準點約6h的觀測數據來完成。這3個基準點通過GAMIT/GLOBK軟件完成坐標解算，同時對比于TBC軟件解算結果，相比之下，在長大基線基線解算方面，GAMIT軟件的優勢更為明顯。通過在滑坡體變形監測的基準點和監測點上分別安置8臺徠卡GS18GNSS接收機，可驗證GNSS技術是否能應用到滑坡體穩定性監測中，安裝時，基準點安裝3臺，監測點安裝5臺，同時監測點的裝置要安裝在出現明顯滑坡體變形的地方?；€解算可通過Infinity軟件實現，然后分析解算結果，得到該滑坡體監測網的基線解算精度，平面精度在0.39mm以下，高程精度在0.24mm以下，平面+高程精度的和在0.46mm以下。另外，也要完成對比解算，可通過TBC軟件實現，自由網平差結果以及平差大地坐標高程誤差均不能超過1mm。平面網格坐標東誤差、北誤差均為0，高程誤差不能超過1mm。GNSS滑坡變形監測網進行GNSS靜態布設過程中，8個監測網點通過二等水準測量技術完成水準測量，這樣能夠驗證該監測網是否對高程變化（沉降觀測）具有監測作用。水準監測網與GNSS監測網高程的差，發生在BM11點，不超過5mm。在每條基線上，GNSS網基線解算的高度增量對比于二等水準測量的高度增量，能夠發現基線BM11-BM09的最大值，即9mm。綜合分析可知，對于變形量為厘米級的沉降觀測來說，應用GNSS變形監測網是可行的。

3.2 基準點及基準網應合理選擇

滑坡變形監測受監測點及監測網點的極大影響。應先綜合判斷與目標滑坡體有關的一切情況，包括地形、地質、變性特征、滑坡規模和各種滑坡類型監測網的應用標準等，然后確定要選用的合適的監測網型。在蘭州東某濕陷性黃土滑坡中，要考慮的相關情況包括滑坡的規模，所在位置的地質和地形條件以及發育機制、變形情況和儀器設備等，將3個彼此通視的基準點安排在變形體外，基于常用的儀器實時監測，能夠判斷3個基準點相對位置是否是穩定的。一般要設置8個監測點，而監測的重點區域之一就是蠕滑-拉裂型滑坡的后緣，所以要將3個監測點分別設置在滑坡體的后緣區域的合適位置，再將2個監測點設置在其兩側。另外，還要將1個監測點設置在滑坡體中間，并且再在前端設置2個監測點，這樣能夠監測滑坡體的傳遞情況。

4 GNSS技術在滑坡監測中的應用趨勢

滑坡地質災害監測的研究和應用涉及多個學科和方面，同時在研究及技術的不斷完善、成熟之下，其在當前自動化的基礎上，也有可能逐漸向智能化方向發展，與物理、電子、氣象、地質等學科和技術建立更密切的聯系[4]，形成一個綜合性的監測預警系統。要實現GNSS技術與滑坡監測的結合的長足發展，首先要明確當下該方面存在的一些問題，結合筆者的研究實踐，發現GNSS技術應用于滑坡監測中仍有待進一步解決的問題主要有。

（1）如果滑坡體周圍未出現已知基準點坐標數據，那么長大基線數據解算可以IGS基準站點數據為基礎，利用GAMIT/GLOBK軟件來進行，就可得到滑坡體監測3個基準點的坐標。需要說明的是，3個基準點的確定，應注意以下問題：整個山體滑動會引發的結果、基準點服務于后期高精度全站儀監測，基準點和監測點相互通視，同時視距必須適當等?？赏ㄟ^在滑坡體前的建筑物頂部安裝全站儀監測點來解決這些問題。但在建筑物和滑坡體相隔不遠的情況下，當建筑物存在變形，同時山體滑動時基準點也出現了滑動，就無法保證基準點的穩定。

（2）當前大部分的研究，多以GNSS技術在滑坡表面位移監測中的應用為主，但在土層達到一定厚度的地區，僅監測滑坡表面位移明顯較為片面。建議監測有一定厚度的土層的滑坡，在GNSS監測點的設置上做深樁基，以監測地下深部變形情況和有關于滑坡的物理量（聲發射監測，應力、應變監測，深部橫向推力監測等），并且還要監測有關于滑坡體變形的所有方面，包括地下水動態、地表水動態、水質動態、氣象、地震以及人類工程活動等[5-6]。

5 結語

在多年探索和實踐中，GNSS技術已經發展為對滑坡進行監測和預警的成熟技術之一，實時、全面、全方位、精度高、簡便易操作且自動化的應用優勢明顯，再加上北斗系統的日漸發達，有效節省了GNSS技術監測滑坡的成本，因此GNSS技術在滑坡監測及預警中得到廣泛應用。隨著研究的深入和相關技術的大力支持，GNSS技術將進一步結合更多有利學科和技術，解決現存問題，在滑坡監測中發揮更突出的作用，充分保障我國公民及財產免受損害，創造可觀的社會效益和經濟效益。

參考文獻

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[2]徐子一，鄧永煌，董志鴻.GNSS技術在滑坡監測與預警系統中的應用[J].四川水泥，2020（5）：149.

[3]劉康麗.基于范圍劃分的區域大氣污染聯防聯控機制優化研究——以長三角27地級市為例[D].杭州：浙江工業大學，2020.

[4]于軍.GNSS在山體滑坡監測中的應用[J].中小企業管理與科技，2019（30）：148-149.

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[6]孫巍鋒.土-巖二元結構路塹邊坡失穩機理與智能預警研究[D].長安：長安大學，2020.FEB82C28-6EA0-4AD2-82AF-7369B51EC30A