GPS监测山体滑坡方法的探讨

第1章绪论1.1 全球定位系统概述全球定位系统（GPS）是新一代的卫星无线导航系统。

目前，GPS已经被广泛地应用于工程测量，车辆导航与控制，大地测量，形变体监测，资源调查，观测地壳运动，将测绘工程提高到了一个新的技术层面。

GPS主要包括GPS空间部分，地面监控部分，用户接受部分。

1、地面控制部分，由主控站（负责管理、协调整个地面控制系统的工作）、地面天线（在主控站的控制下，向卫星注入导航电文）、监测站（数据自动收集中心）和通讯辅助系统（数据传输）组成。

2、空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个轨道平面上。

3、用户装置部分，主要由GPS接收机和卫星天线组成。

全球定位系统的空间部分使用24颗高度约2.02万千米的卫星组成卫星星座。

21+3颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为11小时58分，分布在六个轨道面上（每轨道面四颗），轨道倾角为55度。

卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形（DOP）。

这就提供了在时间上连续的全球导航能力。

经过20余年的实践证明，GPS系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。

GPS技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的高新技术国际性产业，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。

1.2 GPS定位原理GPS定位的基本原理是：卫星不断地发送出自己的时间信息和星历参数，用户接收到这些信息，通过计算得到接收器的三维方向和三维位置以及运动信息和时间速度。

例如，假定恒星的离我们的距离为17710米，它是一种高轨道和精确定位观测，这颗恒星以画圆为中心，我们是在球的上面。

那么假定为19320米距离的二星级，我们在两球的交叉点附近，现在我们在第三星做精确定位，在20930米的高度，它可以进一步缩小该领域两个位置，但有一点对于所有位置极有可能是空间中的点，因此，我们放弃这个参考点来选择另一点为参考点的位置。

如果你想获得更准确的定位，必须进行第四星的测量，从基本的物理概念上看，信号传输时间乘以速度是每个人和恒星的距离，所有测量的虚拟距离。

GPS的测量，我们测量的无线信号速度约等于光速，时间极其短，乃至只须0.06秒，测量时间要两个不一样的时钟，星空中的时钟装置来记录广播信号的传输时间，在接收端的另外一个时钟装置，用来记录的是接收无线电信号的时间，但是时间是不同步的，假定恒星和接收器同时发出声音传送到我们，我们会听到两个不一样的声音，因为恒星和接收器传来声音的距离不同，所以会有一个延迟的时间。

因此，我们可以延长接收机接受时间，然后接收器和恒星的距离是延迟时间*速度，这是GPS定位原理。

1.3 地质灾害概述近年来，我国经常发生自然山体滑坡事故，对国家和社会都造成了很大的影响。

1、在2010年8月7日22时许，舟曲县，突降大雨，该县北部罗家峪，三眼峪泥石流倾泄而下，从北到南部沿江入城，摧毁了房屋，农场和其他基础设施全部淹没，泥石流阻断白龙江，形成一个堰塞湖。

经过有关部门统计舟曲“8.8”泥石流遇难有1434人之多，共331人失踪，一共2062人受到不同程度的伤病，所造成的经济约有4亿人民币之多。

2、2012年10月4日，云南昭通彝良发生山体滑坡，该滑坡体大小约16万立方米，造成约800余人受灾。

3、2013年1月11日，云南镇雄发生滑坡灾害事故，从陡峭的山腰，共约210000立方米的滑坡，造成46人死亡和2人受伤。

如今安全是永恒的话题，无论是食品安全，生命安全，公共交通安全，安全都始终处于第一位。

频繁发生坍塌等意外事故，不仅是一个技术错误，而且还安全意识崩溃。

因此，地质灾害是一个非常宽泛的概述，山体滑坡就是之一，而且具有明显的季节性，破坏能力强。

自2008以来，地震的感觉，出现的频率明显增加，以及由此产生的大规模的滑坡，泥石流灾害地区乃至生命财产遭受重大损失的。

很长一段时间，我国的安全监测天然滑坡技术一直是一个薄弱环节，由于对安全监测技术缺乏系统研究，没有成熟的经验，设计部门的应用，因此，只有低等级保护技术或其他部门实施地方保护的经验，缺乏综合考虑，大的影响。

因此，我国都制定了相关规范。

《地质灾害防治条例》中国人民共和国国务院自2004年3月1日通过第394号法令颁布。

其中规定：第五条，地质灾害防治工作，应当纳入国民经济和社会发展计划。

第十四条，国家建立地质灾害监测网络和预警信息系统。

县级以上人民政府国土资源主管部门应当会同建设、水利、交通等部门加强对地质灾害险情的动态监测。

因工程建设可能引发地质灾害的，建设单位应当加强地质灾害监测。

《全国地质灾害防治“十二五”规划》指出“十二五”期间，我国要建立起与全面建设小康社会相适应的地质灾害防治体系，在地质灾害易发区基本建成调查评价体系、监测预警体系、防治体系和应急体系，为构建和谐社会，促进社会、经济和环境协调发展提供安全保障。

按照总体部署，到2020年，我国要全面建成地质灾害调查评价体系、监测预警体系、防治体系和应急体系，基本消除特大型地质灾害隐患点的威胁，使地质灾害造成的人员伤亡明显减少。

从而可以看出，地质灾害给我们生态环境的造成不同程度的损害。

国家同时也颁布相关的规定来解决，所以滑坡监测是非常的重要。

1.4 滑坡监测技术探讨研究的目的及意义目的：生态环境是人类赖以生存的基本条件之一，生态环境的改善是当前人类面临的重要课题，同时也构成了当代科学研究的最前沿课题之一。

地质灾害与防治灾害研究是一个新分支。

地球无时的运动，所以滑坡的产生就不会消失了。

滑坡是地质现象，是地球上广泛存在着的一种次生地质灾害。

它的主要特点是边坡失稳或人工边坡被岩体重力，水和振动力影响而失去平衡发生危害性的破坏。

我国的山分布广，自然地质地壳运动，人为因素，降雨等原因，滑坡灾害经常发生。

从滑坡灾害类型的分布看，西部地区多为地震触发，东部滑坡多与暴风雨、洪水伴生；西部地区多发生滑坡堵江、溃坝洪水灾害，东部多转化为泥石流加剧灾害程度。

据不完全统计，历史上有地震引起的滑坡损失，死亡人数在2万人以上，其他如房屋倒塌等损失更是不计其数。

我国是世界上滑坡灾害发生最严重的国家之一。

近年来由于全球性“厄尔尼诺”等反常气候现象的出现，旱、涝灾害频繁发生。

山体滑坡的爆发，一方面造成巨大的损失；另一方面也造成严重的水土流失现象，森林植被的破坏、土地退化甚至荒漠化等。

而变形监测的目的就是测量变形体的变化情况。

因此，随着科学技术水平和观测方法的发展，变形监测的精度要求也越来越高，监测对象都在增加。

然后为研究目的是不断改进用于变形监测网的优化设计和评估分析人的安全条件，滑坡验证设计参数和施工质量，反馈设计，正常的变形方法，掌握滑坡变形规律的预测发现，以评估安全提供必要的信息。

意义：对于机械技术设备，则保证设备安全，可靠，高效的运行，为改善产品质量和新产品的设计提供技术数据；对于滑坡，通过监测其随时间的变化过程，可进一步研究引起滑坡的成因，预报大的滑坡灾害；主要是掌握建筑物和地质构造的稳定性，为安全性诊断提供必要的信息，以便及时发现问题和采取措施。

更好的理解变形的机理，验证有关工程设计的理论和地壳运动的假说，进行反馈设计及建立有效的变形预报模型。

1.5 国内外发展概况及存在的问题GPS的应用，在变形监测中已经取得了相当多的实验研究成果。

但是就目前而言，在高山峡谷，地下，建筑物密集地区和密林深处，由于卫星信号被遮挡及多路径效应的影响，其监测精度和可靠性不高或者无法进行监测。

还有当GPS使用人数过多时，信号依然较弱，导致监测无法进行。

另外，根据分析的结果，通过大多GPS滑坡监测数据发现GPS监控水平位移精度高，垂直位移精度低（监测精度垂直位移是低约2倍），这种情况下，使用全球定位系统在同一时间精度变形监测，也难以准确地确定水平位移和垂直位移。

由于这些问题，GPS不能将其他的变形监测彻底替换。

所以GPS监测技术在国内外的发展概况及趋势有以下几个方面：1、创建GPS变形监控在线即时剖析体系。

该系统由数据采集，数据传输和数据处理及几部分组成，可监测数据的分析，及时处理，不变形，实时评估现状并预测其发展趋势，并提供了科学依据灾害分析和预测，在监测变形体滑坡、地下断层地壳运动有很大的发展意义。

2、建立“3S”（GPS、GIS、RS）集成变形监测体系。

目前，因为计算机技术“无线电通信技术”的地球科学的飞速发展，“3S”技术已经从自主开发进化到了整合阶段。

地质现象可以描述成四维空间，而且除了技术应用一般情况下，也可以在研究区推断各种地质现象随着时间的地质灾害过程记录，这在滑坡监测预报中起着极其关键的作用，所以“3S”技术的整体变形监测系统，在将来是一个新兴发展方向，而且很有发展潜力。

3、GPS变形监测技术与其他综合变形监测集成体系的创建。

就目前的现状来看，任何一种变形监测技术都不可能完全的用于所有的变形监测项目，它们都有着各自的优缺点，并且它们的优缺点在不同的场合是会相互转化的，不会那么永远的绝对。

所以根据具体的情况进行综合分析，然后选择合适的变形监测方案为提高精度有着显著的效果。

因此，各种变形监测技术的综合应用也是一种必要的发展。

4、小波分析理论对GPS动态变形分析。

小波分析为高精度变形特征提取提供了一种数学工具，可解决其他方法无法解决的难题，对非平稳信号消噪有着其他方法无法比拟的优点。

所以，小波分析为GPS动态变形数据处理和监测分析理论发挥了重要的作用。

第2章滑坡监测原理和方法2.1 滑坡成因山体滑坡的形成必须具备内外两个因素。

内因主要就是地球自身的运动造成的山体斜坡、人工边坡在岩体重力、水及震动力作用而产生一个滑动面和滑动体，具有一定的斜坡地形和滑动空间。

外因主要是降雨、地震及一些人类活动、气候条件和生态环境。

2.2滑坡监测方案GPS 滑坡监测网主要由基准点和监测点组成。

边坡监测系统网形设计，应着重考虑现场的监测条件，并且要以GPS 网图形构成的基本概念及设计原则为基准。

目前，进行山区边坡变形监测，一般在可能发生滑坡的影响区域以外选择基准点，在边坡坡体上选择监测点，建立三角网构成监测网络。

GPS滑坡外观监测的外业工作主要包括选点(即观测站址的选择)、建立观测标志、野外观测作业以及成果质量检核等,具体的工作程序,则大体可分为这样几个阶段:实地选点与建立标石,外业准备、外业观测。

GPS滑坡外观监测的外业准备工作主要有仪器设备的检验和拟定外业观测计划等。

在保证仪器设备能正常工作的前提下,要根据监测网的点位布设情况首先拟定外业观测计划,这是进行外业观测的依据。

滑坡监测的GPS基线较短, 精度要求较高, 因此, 需在监测点埋设具有强制对中设备的混凝土观测墩, 利用双频GPS接收机选择良好的观测时段进行周期性观测。