GPS在滑坡地质灾害监测中的应用

滑坡是一种常见、多发的地质灾害现象，为提高滑坡地质灾害的监测技术水平，通过理论分析及工程实例研究，得出在滑坡监测时，用GPS来代替常规的外业观测量方法，在精度、速度、时效性、效益等方面都优于常规方法，是一种新的更有效的监测手段。

一、引言

我国是一个地质灾害多发的国家。随着经济建设的蓬勃发展，交通、水利、资源开发等大量工程项目的实施及自然环境变化的影响，滑坡等自然灾害日趋严重，危胁着人民群众的生命财产安全，阻碍我国社会经济的可持续发展。大量滑坡的存在，迫切要求有一种成本低、易推广和有效的监测手段对于这些潜在或是正在滑动的滑坡体进行监测和报警，以避免当大面积滑坡产生时所造成的难以预料的巨大损失。

二、GPS在滑坡地质灾害监测中的应用

(一)滑坡地质灾害

滑坡是指在一定环境下斜坡岩土体在中立的作用下，由于内、外因素的影响，使其沿着坡体内一个(或几个)软弱面(带)发生的剪切下滑现象。滑坡按其自然类别或与工程的关系可分为自然边坡滑坡、水库库岸滑坡、铁路、公路边坡滑坡等。发生滑坡的原因，既有斜坡的内部结构、土石性质等内部因素，也有斜坡边界条件、地表与地下水影响、地震与工人开掘爆破等外部因素。

(二)滑坡的变形监测

滑坡监测包括滑坡体整体变形监测，滑坡体内应力应变监测，外部环境监测如降雨量、地下水位监测等等。其中，变形监测是滑坡监测的重要内容，也是判断滑坡的重要依据。

常规的滑坡变形监测方法是用大地测量方法，即：平面位移采用经纬仪导线或三角测量方法，高程用水准测量方法。20世纪80年代中期出现全站仪以后，利用全站仪导线和电磁波测距三角高程方法进行变形监测。但上述方法都需要人到现场观测，工作量大，特别在南方山区，树木杂草丛生，作业十分困难，也很难实现无人值守监测。

GPS卫星定位系统出现以后，由于GPS定位是利用接收空中卫星信号测距进行定位，国内外专家学者研究表明应用IGS精密星历和最新版本的GAMIT高精度GPS数据处理软件处理数据，中短边相对中误差优于1.4mm，长边相对中误差优于1.8mm，最弱点点位中误差水平分量优于2mm，可以满足测量控制及滑坡监测精度的要求，而高程监测可直接使用通过网平差获得地高精度的大地高差。监测站点之间不用通视，大大减少了工作量。而且利用无线通信技术可以将观测数据传到数据处理中心，以实现远距离监测。

(三)GPS滑坡监测网的布设、观测与数据处理

应用GPS定位技术监测滑坡体的水平与垂直位移，通常包括布设监测网，数据采集，数据处理与分析等3个作业阶段。

布设滑坡监测网通常可以采用自定义的滑坡监测坐标系。在实际工作中，通常假定一个基准点坐标作为位置基准。基准点应埋设在滑坡体外的基岩上，基准点的个数不应少于2个。基准点之间的边长，通常可采用高精度的全站仪精确测定，并以此作为监测网的尺度基准。为了检验基准点的稳定性，还应定期复测边长。监测网的方向基准，通常可选用滑坡体主轴线的方位，这样使坐标系统X轴方向与滑坡位移方向大体一致，为分析、研究滑坡变形带来了方便。

变形监测点应沿着滑坡体的主轴线与其两侧均匀布设。在选埋基准点与监测点观测墩时，应注意选择具有良好的天空观测环境的地点。通常处在蠕变阶段的滑坡体，其位移量是比较小的。在观测设备上最好选用双频GPS接收机，并配备扼流圈天线。

由于滑坡体面积一般不大，所以不论是基准点还是检测点，相邻点间的边长一般在数十米到数百米之间，因此数据处理可采用随机配备的GPS商用软件包和广播星历。但要求软件具有设置自定义坐标系的功能，并且有进行二维坐标变换的功能。

三、GPS滑坡地质灾害监测的优点分析

根据前面的理论分析与实例研究，可以得出，利用GPS定位技术进行滑坡地质灾害监测时具有下列优点：

(一)测站间无需保持通视

由于GPS定位时测站间不需要保持通视，因而可使变形监测网的布设更为自由、方便。可省略许多中间过渡点，且不必建标，从而可节省大量的人力物力。

(二)可同时测定点的三维位移

采用传统的大地测量方法进行变形监测时，平面位移通常是用方向交汇，距离交汇，全站仪极坐标法等手段来测定;而垂直位移一般采用精密水准测量的方法来测定。利用GPS定位技术来进行变形时则可同时测定点的三维位移。

(三)全天候观测

GPS测量不受气候条件的限制，在风雪雨雾中仍能进行观测。这一点对于汛期的崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害监测是非常有利的。

(四)易于实现全系统的自动化

由于GPS接收机的数据采集工作是自动进行的，而且接收机又为用户预备了必要的入口，故用户可以较为方便地把GPS变形监测系统建成无人值守的全自动化的监测系统。这种系统不但可保证长期连续运行，而且可大幅度降低变形监测成本，提高监测资料的可靠性。

(五)可获得高精度(mm级)

mm级的精度已可满足一般崩滑体变形监测的精度要求。需要更高的监测精度时应增加观测时间和时段数。

四、结束语

据不完全统计，全国受到滑坡危害和可能受到滑坡危害的地区约占陆地面积的1/5~1/4。平均每年至少造成15~20亿元的经济损失，使大约1500~2000人丧失。利用GPS技术进行滑坡地质灾害的监测，具有常规测量方法无法比拟的特殊优势，因而在滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的监测中已经得到了很广泛的应用，成为一种新的更有效的监测手段。