潘尔仁
云南地质工程第二勘察院 云南昆明 650217
摘要 我国是世界上地质灾害最为严重的国家之一，迄今为止，人类活动或加剧或减弱地质灾害的发生与危害程度，但无法完全消除或阻止其发生。除了地震、火山、海啸等突发性地质灾害会给人类造成难以估算的毁灭性灾难外，滑坡、地面沉降和地裂缝等一些缓变型地质灾害，同样会给人民生命财产、区域和城市经济发展带来巨大损失。GPS是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统，它具有全能性、全球性、全天候连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性。滑坡是一种严重的地质灾害，其产生的原因是在一定的地形地质条件下，山坡上的不稳定土体或岩体(即滑坡体)在各种自然或人为因素影响下，力平衡系统受到破坏，导致滑坡体沿一定的软弱面(带)产生剪切位移而整体地向斜坡下方移动的作用和现象。为了减少滑坡危害，人们特别重视滑坡的监测与预警，而GPS技术被广泛应用于滑坡体监测，主要依赖于GPS系统可以向全球任何用户全天候地连续提供监测数据。为提高滑坡泥石流灾害的监测技术水平，通过理论分析及工程实例研究，得出在滑坡泥石流监测时，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。
关键词: GPS 技术；滑坡泥石流灾害；监测
引言
我国地质灾害种类多、分布广、活动频、危害重，是世界上地质灾害最为严重的国家之一。据统计，我国近年来除地震以外的各类地质灾害每年平均造成1000多人死亡、直接经济损失达100亿元以上。因此，在我国持续开展对滑坡、崩塌、泥石流和地面塌陷等地质灾害的变形监测，了解和掌握不同地质现象和地质灾害的变形规律和变形特征，从而实现对地质灾害的评价、预测和预警是一项必要而且迫切的科学任务。地质灾害监测是集地质灾害形成机制、监测仪器、时空技术和预测预报技术为一体的综合技术。其中，传统地质灾害监测中的仪器测定法可分为地表外部变形和地下内部变形监测两种。长期以来，地表外部位移监测主要依靠经纬仪、水准仪、测距仪等传统仪器，这些以大地测量为主的方法具有直观、简单、投入快、监测较为准确等特点，在地质；灾害特别是崩、滑、流灾害监测中发挥了重要的作用。但这些监测手段也存在人工作业劳动强度高，受人为因素、地形通视和气候环境条件影响大，作业周期长等缺点，难以准确迅速及时发现灾害体的整体变形。地下内部变形监测主要采用倾斜仪、静力水准、应变计等，这些仪器具有可获取灾害体内部变形物理参数、环境因素(地下水、天气等)的，特点，但也存在对变形监测阶段的选择性强、仪器安装环境要求相对较高、安装成本较大等缺点、尤其是对于某些突发性的地质灾害，常规的监测技术方法在恶劣气候条件下(如暴雨、台风等)就无法正常发挥其作用。因此，必须借助于现代高新空问监测技术GPS对突发性地质灾害进行高精度的快速监测。
一、滑坡泥石流监测
1.1滑坡泥石流监测的重要性
滑坡之所以危害巨大，是因为难以事先准确预报其发生的时间、地点和强度。正因为滑坡具有突发性的特点，目前全世界对滑坡等地质突害在预防方面的主要方针仍是“以防为主，防治结合”，所以滑坡泥石流灾害预防，重在监测。
1.2滑坡外部变形监测
滑坡外部变形监测即滑坡位移监测是滑坡泥石流监测的主要内容之一，它包括滑坡表面位移监测和深部位移监测，二者互相印证，互相补充。其中滑坡表面位移监测又是滑坡位移监测中的重要内容，它不仅能确定滑坡体位移量的大小、方向以及变形速率，也是确定滑坡范围、规模、边界、滑动面位置、滑坡体方量的重要依据，也是判断滑坡稳定与否的决定性参数，是滑坡灾害评估、滑坡綜合防治必须取得的最基本资料。
1.3 GPS自动化监测
CPS自动化监测是利用GPS卫星定位技术、现代通讯技术、计算机技术、系统集成技术等技术手段，实时在线获得形变体上监测点高精度的三维坐标。通过对坐标变化数据的定量分析，实现对形变体的健康状态进行自动化判断。为科学决策提供技术依据。具有以下突出优点:
(1)对环境依赖性小(刮风下雨也可以坚守岗位)；
(2)不需要通视，特别适用于山体滑坡泥石流监测；
(3)各监测点平西和高程观测数据同步；
(4)数据采样率高，最快可达3min/次；
(5)Mm级精度；
(6)易于实现自动化；
(7)系统能够全天候24h在线工作。
综上所述，GPS(全球卫星定位系统)在静态相对定位中的高精度、高效益、全天候、不需通视等优点，使人们普遍采用它来代替常规的三角、三边、边角等测量方法。并在理论、实践中取得了可喜的成果，因而在滑坡泥石流灾害的监测中得到了广泛的应用。成为一种新的有效的监测手段。
二、GPS滑坡外观监测网的建立
2.1GPS滑坡泥石流治理工程监测网的设计原则
2.1.1 GPS滑坡泥石流治理工程监测网的技术设计
GPS滑坡泥石流监测网的技术设计既要依据GPS测量规范和规程，又要依据工程测量规范各部门制定的规程以及滑坡泥石流监测任务书。GPS滑坡泥石流监测网的精度与密度等主要技术要求应同时参照工程测量中变形测量的技术要求和GPS测量的技术要求。如果将GPS技术用于滑坡体的变形监测，一般应按照国家B级网的精度要求进行；至于点的密度，应根据滑坡体的大小形状等实际情况确定，布设的监测点的变形要能反映出整个滑坡体的变形规律。
2.1.2 GPS滑坡泥石流治理工程监测网的网点及网形的设计
GPS滑坡外观监测的基准点点位的确定原则如下:1)地质条件好，点位稳定；2)适合GPS观测条件，并无显著多路径效应；3)可选用经实践证明点位稳定的原滑坡区城内的基准网点。因原基准点都经地质勘探，且建有稳固的观测墩，便于稳定性分析。GPS滑坡外观监测的监测点点位的选定原则如下:1)能有效的反映滑坡变形特征:2)适合GPS观测条件。根据不同的精度要求，GPS的网形布设通常有点连式边连式及边点混合连接等几种基本方式。在GPS滑坡外观监测中，点连式所构成的网形几何强度很弱，很少有非同步图形闭合条件，所以一般不使用边连式所构成的网形几何强度高有较多的重复边和非同步图形闭合条件，可靠性较强，所以在GPS滑坡外观监测中多采用边连式的网形。
2.2GPS滑坡泥石流治理工程监测网的施测
GPS监测网的外业观测一般采用静态相对定位的方法进行野外数据采集，数据采样率视工程的需求而定，一般为10s-15s.在进行外业观测作业中，要注意以下几个具体的问题:1)卫星选择。同步观测的卫星不少于4颗；2)图形强度因子GDOP值的选择较小的GDOP值表明卫星星座与测站构成的几何图形较好，GDOP值越佳则意味着有更大的把握获取良好的观测成果，所以观测中选择的GDOP值要求在某一具体值之下；3)量取天线高时，要丈量到天线相位中心的参考点(ARP)。
三、应用案例分析
云南省元谋县黄瓜园镇牛街干河多次发生山洪-泥石流灾害，对当地造成的经济损失和社会危害大，因此，当地政府组织实施了元谋县牛街干河泥石流治理工程,修筑了3个拦沙坝、5个谷坊坝等构筑物进行灾害治理，工程分布东西跨度约3公里，南北跨度约2.9公里，工程于2018年11月竣工。为实时掌握治理工程运行期的稳定状况和治理效果。特对拦沙坝、谷坊坝等构筑物进行监测。
3.1 GPS监测网的布设
根据工程构筑物分布范围广、分散、跨度较大等特点，经研究，本治理工程适合采用GPS 进行监测。根据对现场条件的野外勘察，按照布网原则，布设了如图1所示的滑坡体GPS外观变形监测网。其中，ZGD9 为布设在该滑坡体以外稳定基岩上的基准点，ZG55~ ZG62为布设在本滑坡体上的8个监测点，监测点距基准点的平均距离为826 m，最长距离为1166m，最短距离为393m。8个监测点呈3列沿与坝体基本垂直的方向布设，基准点和监测点都有强制对中装置。
.png)
图1元谋县牛街干河泥石流治理工程GPS监测网形结构
3.2GPS监测网的野外观测
本监测网的外业观测利用美国Timble公司生产的三种类型的GPS双频接收机4台，采用静态相对定位的观测方法进行野外数据采集，数据采样率为15s。分别于2019年3月28日到2019年9月27日，共进行了三期观测。首期观测时，基准点上连续观测6h，监测点上连续观测2h；以后各期观测时，基准点上连续观测4h，监测点上连续观测1.5 h~2 h.要求观测中选择的GDOP值均在6以下。
3.3数据处理方案
在首期观测时，先将基准点(ZG09)与已知站联测，采用GMAIT软件和精密星历解算，获得基准点的精确WGS-84坐标，对于以后各期的数据处理，采用随机软件TGO1.5进行解算。在数据处理过程中，对同步观测数据的检核:十三期观测數据的基线向量剔除率分别为3.2%，22%和3.9% ，均在5%以内，合乎规范要求；根据软件生成的残差图可以看出，载波相位观测值中的残差均超过0.1周，残差图曲线基本平滑连续而且数值比较小，说明观测数据质量比较好，符合高精度GPS监测的要求。表1，表2分别列出了三期GPS监测网的同步环闭合差和异步环闭合差的精度统计表，从表中数据可以看出，监测网的外业.观测质量符合《GPS规程》的要求.数据质量较高。
.png)
从监测网平差后的点位中误差统计数据可以看出，本监测网的三期监测数据观测经空间无约束平差后的各项精度指标都能达到预期的目标。在精度可靠性和置信度三个方面也都达到了预期的设计要求，该GPS泥石流治理工程监测网是合格的。
结束语
GPS作为一种新型的测量技术，在进行滑坡泥石流治理工程监测时，完全可以取代传统的野外测量方法.但在具体的工程应用中，需要特别注意以下几个问题:1)在对GPS监测网点进行观测时，最好采取强制对中措施，以保证对中精度在1 mm内；为保证高程方向的监测精度应采用固定天线高的方法消除天线高的丈量误差.2)对于GPS监测网，外业观测质量合格只能说明GPS网中没有出现错误和大的粗差。网中是否含有小的粗差和异常值.还需要通过网平差后的质量评价来确定。一个GPS网，只有通过了这两个方面的检核，才能认为是合格的3)对于GPS 监测网.要根据监测区域中是否存在稳定的基准点而选用固定基准秩亏基准和拟稳基准；对于选定的基准点，必要时还必须进行基准点的稳定性分析。只有通过检验，才能用于下一步的变形分析。
参考文献
[1]张清志，郑万模，刘宇平.GPS在滑坡监测中的应用-以四川省丹巴县亚喀则滑坡为例[J]沉积与特提斯地质，2010(1):88.
[2]林灵，范景辉，洪友堂.单频静态GPS在滑坡泥石流监测中的高程精度分析.国土资源遥感，2014(2):123
[3] 韩子夜，薛星桥地质灾害监测技术现状与发展趋势[J]中国地质灾害与防治学报，2005,16(3):138- 141.
[4]黄观文GPS精密单点定位和高精度GPS基线网平差研究及其软件实现[D]西安长安大学，2008.
[5]王利，张勤，管建安，等基于GPS技术的滑坡动态变.形监测试验结果与分析[J]武汉大学学报(信息科学版)，2011，36(4):422-426.