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      北斗GNSS技術在山區邊坡監測中的應用

      添加時間:2022-05-12 17:09:53

      北斗GNSS技術在山區邊坡監測中的應用


      隨著科學技術的不斷進步,全球定位系統(GPS)技術越來越成熟,已經廣泛應用于各行各業。近幾年我國自然災害頻發,如地震、山體滑坡、泥石流等的發生嚴重危害人們的生命安全。因此,需要對山體、地質等方面進行監測,為人們提供預報。


      隨著社會經濟的不斷發展以及科學技術的不斷進步,各種監測技術被運用于各行各業中。隨著自然災害對人們的威脅越來越大,各種監測儀器不斷的出現在人們的視野中,尤其是GPS的廣泛應用,提高了監測的精確性,降低了自然災害對人們的傷害程度,有效保證人們的生命安全。


      北斗GNSS技術在山區邊坡監測中的應用


      GPS監測技術與傳統的邊坡監測方法的比較


      傳統的邊坡監測方法

      在進行變形監測的過程中,傳統的邊坡監測方法就是通過經緯儀、全站儀以及水準儀進行。但在地表位移變化的檢測中,利用經緯儀、水準儀等常規儀器的效率較低,監測精度不高,并受外界環境的影響程度比較高,如溫度、大氣垂直折光以及儀器和標尺垂直位移等因素的影響。另外,其操作比較復雜,監測時間長,自動化程度較低,增加檢測人員的勞動強度,限制了傳統的邊坡監測方法的發展。


      GPS監測技術

      與傳統的邊坡監測方法相比,GPS的自動化程度高、定位精度較高、所用的檢測時間較短,不易受外界的影響,而且不用進行各監測站的相互通視,能對數據進行實時的采集與處理,并實現24h的實時監測。因此,GPS檢測技術在山區邊坡變形監測中,其優勢更鮮明,更突出。


      北斗GNSS技術在山區邊坡監測中的應用


      GPS邊坡變形監測系統方案及數據處理模型


      監測方案

      基準點與監測點是GPS邊坡監測網的重要組成部分。通常,基準點埋設都是在穩固的基巖中或變形范圍之外,以確?;鶞庶c的穩定性,從而保證其長期保存。與基準點不同,監測點必須布設在被監測的邊坡中能反映監測對象變形明顯的位置上。


      在設計邊坡監測網形的過程中,必須根據檢測現場的環境以及監測條件進行。另外還要以GPS網圖形的構成作為其設計的前提條件?,F階段,監測山區邊坡變形,其基準點通常都是設置在可能發生滑坡影響以外的區域,監測點則設置在邊坡坡體上,以形成三角網,從而實現監測網絡的完成。


      數據處理模型

      GPS數據處理的過程可以劃分成:GPS測量數據的傳輸、觀測數據的處理、基線解算、GPS網平差與變形分析。GPS數據處理基本流圖為:數據采集數據傳輸預處理基線預算GPS網平差變形分析。


      北斗GNSS技術在山區邊坡監測中的應用


      GPS山區邊坡監測技術實例


      邊坡實例

      該邊坡是某山區村莊的后山坡,而該村所有的住宅都在該山坡腳下,其山體穩定性較差,一旦出現地震、洪水等自然災害,就會引發山體滑坡、泥石流等現象出現,嚴重威脅居民的生命安全。因此,需求對該山體邊坡進行變形監測,為當地居民提供災情預報,從而保證居民的人身安全。


      布設監測網

      GPS邊坡監測網的主要組成部分包括:基準網、變形網。其中,基準網可以通過監測點構成形成首級網,變形網可以通過邊坡監測點構成形成二級網。隨著基準網的控制,將各期的邊坡監測點觀測量和坐標差的首期觀測值進行統計,就可以有效判斷邊坡的實際情況,是否穩定,是否變形等。


      同時,要根據邊坡的實際情況進行監測點的布設,通過對邊坡的實際條件的勘查,確定變形監測網的布設點。將ZG200點與ZG210點確定為基準點,并將該基準點布設在山體邊坡以外的穩定基巖中。同時將ZG250點與ZG255點確定為監測點,并將該監測點布設在山體邊坡中。


      北斗GNSS技術在山區邊坡監測中的應用


      數據采集和處理

      我方技術人員于2012年的6月份、10月份分別對該山體邊坡進行監測,在這兩次檢測中,均采用合眾思狀E630G GPS接收機進行。通過運用靜態相對定位的方法實現數據的全面采集,并利用2臺GPS接收機進行基準點的觀測工作,還利用6臺GPS接收機進行監測點的檢測工作。并要求技術人員對基準點進行3個時段的觀測,4h為一個觀測時段。


      同時,要求技術人員對監測點進行2h的連續觀測。在數據采集的過程中,不需要測量人員駐地看守。因此GPS檢測技術的自動化程度高要比常規測量儀器高出許多,在一定程度上減少了技術人員的勞動強度。將GPS所采集到的數據通過合眾思狀GPS隨機軟件進行處理。一方面,將GPS接收機中的外業觀測數據下載到計算機中,并加以儲存。另一方面,再對外業觀測數據進行解算處理。而外業數據解算包括檢驗閉合環與GPS監測網平差兩個步驟。


      檢驗閉合環

      兩期GPS監測網的環閉合差精度分別為:(1)6月份的緊合環數為56個,全部環數順利通過,最佳精度中的水平與垂直中均為0mm,最低精度中的水平值與垂直分別為3mm與30mm,平均精度中的水平值與垂直分別為1mm與-3mm;(2)10月份的緊合環數為56個,全部環數順利通過,最佳精度中的水平與垂直中均為0mm,最低精度中的水平值與垂直分別為4mm與-16mm,平均精度中的水平值與垂直分別為1mm與-1mm。從兩次測量的環閉合差精度可以看出,通過空間無約束之平差后,各項精度指標均與測量規范要求相符,并實現預期的目標。同時,還可以看出,運用GPS檢測技術進行檢測,其觀測數據質量精度較高,能滿足邊坡變形監測對高精度的要求。


      北斗GNSS技術在山區邊坡監測中的應用


      GPS監測網平差

      對兩期所采集的數據進行約束平差后,就能求出兩期監測點的點位精度。對比兩期各監測點的點位精度,10月份監測點的X軸誤差與Y軸誤差都比6月份的要低。但兩期觀測的數據通過進行約束平差之后,各項精度指標都可以滿足預期目標的要求。因此,該GPS邊坡監測網是符合檢測要求。


      變形監測結果的分析

      對兩期監測點的坐標進行求差,就能得到該山區的邊坡變形信息。經統計,ZG200與ZG200點的DX值、Dy值都是0mm;ZG250點的DX值為-18mm,Dy值都是4mm;ZG251點的DX值為-18mm,Dy值都是7mm;ZG252點的DX值為-15mm,Dy值都是8mm;ZG253點的DX值為-15mm,Dy值都是4mm;ZG254點的DX值為-18mm,Dy值都是1mm,ZG255點的DX值為-13mm,Dy值都是5mm。從上述數據中可以看出,該邊坡布設的監測點都出現了一定程度的變形。其中ZG251點的變形量最大,而且每個監測點的方向都是相同的。因此,必須在該邊坡上加強防護措施的建設,以保證居民的人身安全。


      綜上所述,通過實例對GPS監測技術進行驗證,指出GPS技術的優點所在。在進行山體邊坡監測的過程中,相比傳統邊坡監測方法,采用GPS監測技術的自動化程度更高、定位精度更高、所用的檢測時間較短,并實現24h的實時監測。能為人們提供更加可靠的數據資料,保證人們的生命安全。


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