趙晉帥

（山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院，山西太原030006）

我國是一個自然地質(zhì)災害頻繁發(fā)生的國家，由于國土資源遼闊，所以山體滑坡事故也很多，一旦山體滑坡出現(xiàn)，將嚴重威脅著我國人民的生命及財產(chǎn)安全，造成房屋倒塌、生產(chǎn)設(shè)施損壞以及大量人員的傷亡，所以必須要采取有效的措施來對山體滑坡的動態(tài)變化情況進行實時性的檢測。目前我國對于滑坡災害的動態(tài)實時性變形監(jiān)測水平，已經(jīng)有了很大程度的提高，現(xiàn)在應用的是高精度的儀器測定法或是使用測量機器人來完成對滑坡的動態(tài)實時變形監(jiān)測，不過關(guān)于GPS RIK技術(shù)在滑坡動態(tài)變形監(jiān)測中的應用文獻研究并不多，還需要進一步考察，探究GPS RIK技術(shù)應用在滑坡動態(tài)實時變形監(jiān)測中的可行性，希望GPS RIK技術(shù)可以實時性地跟蹤和監(jiān)測滑坡從穩(wěn)定到出現(xiàn)破壞狀態(tài)的過程[1-4]。

1 GPS RTK技術(shù)

一般的GPS技術(shù)，需要在測量以后進行計算，才可以獲得一定精度，而RTK技術(shù)則可以在野外進行實時性的測量，使用載波相位動態(tài)實時差分即Real time kinematic的測量方法，通過GPS RTK技術(shù)的應用，能夠更好地完成工程放樣、地形測圖等項目，大大提高了野外作業(yè)的測量效率。

GPS RTK技術(shù)是一種高度自動化、集成化的實時測繪技術(shù)，作業(yè)效率非常高，很大程度上減少了測量所需的控制點及測儀器的移動次數(shù)，只要一人操作就可以了，幾秒內(nèi)就可以獲得三維坐標，作業(yè)速度非常快，勞動強度低，大大減少了人們的戶外作業(yè)量，具有操作簡單，數(shù)據(jù)處理能力強的優(yōu)勢特點，由南方測繪公司生產(chǎn)的RTK測量系統(tǒng)，不需要對基準站進行設(shè)置，只需要在流動站上面移動就可以獲得測量坐標，在監(jiān)測數(shù)據(jù)的輸入存儲和處理轉(zhuǎn)換、輸出方面的功能非常強大，可以同計算機及測量儀器進行實時性的信息傳輸。

RTK技術(shù)的實施關(guān)鍵可以由數(shù)據(jù)處理技術(shù)及傳輸技術(shù)來進行。因為RTK技術(shù)定位需要基準站中的接收機能夠把實時監(jiān)測到的觀測數(shù)據(jù)，也就是偽距觀測值和相位觀測值，通過已知數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞絺鬟f給流動站中的接收機。由于數(shù)據(jù)的傳輸量很大，基本上可以達到9 600波特率，因此只能以無線電傳輸?shù)姆绞絹磉M行。

2 GPS RTK技術(shù)原理

RTK技術(shù)實質(zhì)上就是在載波相位觀測基礎(chǔ)上開展起來的動態(tài)實時定位技術(shù)，可以提供出測站點在坐標系當中的定位結(jié)果，精度為厘米級。基準站可以經(jīng)過數(shù)據(jù)鏈把觀測到的數(shù)據(jù)和坐標信息傳送到流動站，這樣流動站就可以把數(shù)據(jù)鏈接收到的觀測數(shù)據(jù)和GPS采集數(shù)據(jù)進行偽距差分觀測值處理，不到1 s即可給出定位結(jié)果[5-7]。因此，流動站可以是靜止的，也可以是運動的，可以在固定點上完成初始化，再進行動態(tài)作業(yè)，也可以動態(tài)開機，在動態(tài)下進行整周模糊度搜索和計算。當整周模糊解確定后，每一歷元都開始進行實時處理，最少要保持四顆衛(wèi)星的相位觀測跟蹤，流動站就可以隨時給出動態(tài)的定位結(jié)果。

3 滑坡動態(tài)實時變形監(jiān)測試驗方案

本次滑坡動態(tài)實時變形監(jiān)測的物理模型試驗場地將設(shè)在我單位院內(nèi)。

試驗中所選取的滑坡物理模型的底部長度大約是18 m，寬度是15 m，設(shè)計滑坡模型的頂部長度為8 m，寬度也是8 m，設(shè)計前后緣的高度差是4 m，對滑坡模型進行黃土填筑，而對滑坡的滑面可以進行人工預制，設(shè)定滑坡模型的主要滑向是正東。

在此次滑坡動實時變形監(jiān)測試驗中，一共將布設(shè)5個監(jiān)測點，即W1、2、3、4、5，這5個監(jiān)測點將位于滑坡模型堆載區(qū)的上方，并且在上面安設(shè)4臺GPS信號接收機，外加1臺全站儀目標棱鏡，將X5設(shè)為目標棱鏡的監(jiān)測點，X2設(shè)為GPS RIK接收機的監(jiān)測點位置，而X1、3、4監(jiān)測點上放置好GPS接收機天線，從而完成對滑坡模型的動態(tài)連續(xù)監(jiān)測，確保監(jiān)測的基準點可以被布設(shè)在距離滑坡坡體30 m以外的相對穩(wěn)定區(qū)域。在實驗中，將設(shè)計3個基準點，分別是WA01、02、03，在基準點上方將架設(shè)GPS接收機和GPS RIK基準站接受機。

滑坡模型動態(tài)實時監(jiān)測試驗將從早上8點開始，一直到下午6點鐘的時候，滑坡模型已經(jīng)發(fā)生了完全破壞，而且不再變形的時候即停止。在實時監(jiān)測過程中，各監(jiān)測點和基準點上方的GPS接收機和GPS RIK接收機的數(shù)據(jù)采集率都是1 s，可以很好地采集到滑坡在快速動態(tài)變形時的三維信息。將采取人工操作的方式進行全站儀的信息采集，采集的效果不是很好，每次采集需要耗費30 s的時間。

4 試驗結(jié)果分析

在滑坡模型動態(tài)實時監(jiān)測試驗開始以后的2 h，滑坡相對來說還比較穩(wěn)定，東方向和北方向上的變形程度不是很大，保持在了10 mm內(nèi)，垂直高度方向在2 h內(nèi)的變形程度也在20 mm以內(nèi)，但是在接下來的1.5 h中，滑坡模型在垂直方向上已經(jīng)開始有40 mm的變形量，不過此時的滑坡后緣還沒有出現(xiàn)特別明顯的裂縫，但總體來說已經(jīng)出現(xiàn)了下滑趨勢，這和我們在滑坡試驗現(xiàn)場所看到的情況是比較相一致的，GPS RTK系統(tǒng)監(jiān)測精度在平面方向上大約是10 mm，在高程方向上的精度大約是20 mm。GPS RTK系統(tǒng)的滑坡監(jiān)測精度，見表1。

表1 1階段GPS RTK系統(tǒng)滑坡監(jiān)測精度/mm

在滑坡試驗監(jiān)測的2階段，也就是從下午2點開始，需要對滑坡進行坡腳卸載，此后滑坡坡體將會出現(xiàn)非常明顯的變形和裂縫，而且會出現(xiàn)滑動，先開始滑塌的是GPS TIK接收到的W2位置，塌垮的方向是北東向，從滑坡開始出現(xiàn)滑動一直到破壞的這一階段滑坡在垂直方向上的變化已經(jīng)很明顯了，當滑坡被破壞掉時，垂直方向上的變形量已經(jīng)達到了270 mm，不過平面變形量要相對小一些，只有30 mm左右的變形量，在東方向的變形量則大約是20 mm，北方向的變形量是10 mm左右，所以滑坡在滑塌時主要是向東傾斜。

表2 2階段GPS RTK系統(tǒng)滑坡監(jiān)測精度/mm

GPS RTK技術(shù)在滑坡動態(tài)實時變形監(jiān)測中的測量精度信息，見表2，同GPS RIK接收機所需要跟蹤到衛(wèi)星數(shù)量及PDOP值比較可知，GPS RIK技術(shù)的測量精度同能夠跟蹤并監(jiān)測到的衛(wèi)星數(shù)量是有很大關(guān)系的，在滑坡變形的實時動態(tài)監(jiān)測中，我們需要有足夠多的衛(wèi)星數(shù)量，至少應該保證在7顆衛(wèi)星以上，這樣可以很好地提升GPS RIK技術(shù)的滑坡監(jiān)測精度，將平面精度控制在15 mm之內(nèi)，高程垂直精度控制在20 mm內(nèi)。

為了能夠確保GPS RIK技術(shù)在滑坡試驗中監(jiān)測結(jié)果的有效性，我們可以使用全站儀測量技術(shù)同GPS單歷元技術(shù)來進一步觀察并監(jiān)測出滑坡變形的整個過程看，雖然全站儀的監(jiān)測頻率比較低，同時全站儀的兩個監(jiān)測位置還有2 m的距離，在滑坡變形過程中，滑坡體上會有很多的裂縫，所以導致滑坡在每個方向上的變形情況都是不一樣的，但是GPS RIK技術(shù)的監(jiān)測結(jié)果同全站儀的監(jiān)測結(jié)果還是比較相接近的，同GPS RIK技術(shù)的監(jiān)測誤差大約在15 mm左右，證明GPS RIK技術(shù)的監(jiān)測結(jié)果是非?？煽康?。

因為監(jiān)測技術(shù)的采樣頻率是一致的，所以即使不是在相同的監(jiān)測位置上，GPS單歷元定位技術(shù)監(jiān)測和GPS RTK系統(tǒng)在滑坡動態(tài)實時變形監(jiān)測實驗中的監(jiān)測結(jié)果還是非常相似的，這也就意味著，在6 000 s以前，滑坡測量監(jiān)測點上的變形數(shù)據(jù)和變形變化趨勢是接近的，在最大位移上面，二者也幾乎相差無幾，也就證明了GPS RTK技術(shù)應用在滑坡動態(tài)實時變形檢測中的監(jiān)測結(jié)果是非常可靠的。

5 結(jié)論

通過本次的滑坡動態(tài)實時變形監(jiān)測試驗可知，將GPS RTK技術(shù)應用到滑坡的動態(tài)監(jiān)測項目中具有重要的實踐意義，只要符合監(jiān)測條件，保證基準站和流動站的觀測衛(wèi)星數(shù)量7顆以上，就可以讓GPS RTK系統(tǒng)正常運行，確保GPS RTK技術(shù)的監(jiān)測精度可以在監(jiān)測范圍內(nèi)，基本上可以保證GPS RTK系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)果同全站儀的三維測量結(jié)果相一致，將平面精度控制在15 mm之內(nèi)，高程垂直精度控制在20 mm。