基于GNSS技术的复杂滑坡监测数据分析与研究.pdf

第 51 卷 2023 年 第 2 期广州建筑 GUANGZHOU ARCHITECTUREVol.51 No.2，2023基于基于 GNSS 技术的复杂滑坡监测数据分析与研究技术的复杂滑坡监测数据分析与研究杨嘉仪（广东省交通规划设计研究院集团股份有限公司，广州 510507）摘摘要要：滑坡灾害在我国频繁发生，造成严重的人员伤亡和重大经济损失。本文以广东省陆丰市某复杂滑坡变形监测为实例，采用 GNSS 变形监测技术，通过长期的监测数据处理，异常数据重点追踪溯源，结合位移、沉降变化趋势曲线，对该边坡的稳定性、安全性进行评估。同时对比现场设备所监测到的位移、沉降变化等情形，分析了 GNSS 监测技术在复杂滑坡监测中的适用性，为同类型复杂滑坡监测提供了参考。关键词关键词：滑坡监测；GNSS 技术；监测中图分类号中图分类号：TU526文献标识码文献标识码：A文章编号文章编号：1671-2439(2023)02-017-04作者简介作者简介：杨嘉仪（1995），女，本科，助理工程师，主要从事基坑、滑坡等监测与研究工作，E-mail：。AnalysisandResearchofComplexLandslideMonitoringDataBasedonGNSSTechnologyYANG Jia-yi（Guangdong Communication Planning&Design Institute Group Co.,Ltd.,Guangzhou 510507）Abstract:Landslide disasters happen frequently in our country,which cause serious casualties and tremendous economic losses.In this paper,acomplexlandslidedeformationmonitoringinLufengCity,GuangdongProvinceistakenasanexample.GNSSdeformationmonitoringtechnologyisadopted to evaluate thestability and safety of the slopethroughlong-term monitoring dataprocessing,abnormal data tracking and tracing,combinedwith the trend curve of displacement and settlement.At the same time,the applicability of GNSS monitoring technology in complex landslidemonitoringisanalyzedbycomparingthedisplacementandsettlementchangesmonitoredbyfieldequipment,whichprovidesareferenceforthesametypeofcomplexlandslidemonitoring.Keywords：landslide monitoring;GNSS technology;monitoring0 引言引言我国地域辽阔，地形地貌较为复杂，很多地区都存在地质灾害高发的风险。因此我国地质灾害的发生在世界上属于最频繁、受灾最严重的国家之一，具有分布广、时段集中、损失严重等特点1-4。根据我国自然资源部的不完全统计，2021 年我国地质灾害发生为 4000 多起，涉及的可能伤亡人数达 2.6 万人，同时造成较大的经济损失。其中山体滑坡数量占比约为六成，成为主要的地质灾害。能够成功有效地减小滑坡灾害造成的损失需要采用有效可靠的变形监测，从而实现滑坡预警。往往山体滑坡灾害常发生在较为偏远的山区，该区域一般表现为地势起伏大，山坡陡峭，植被茂密导致严重遮挡视线且通讯信号差等复杂恶劣的特性，这导致难以采用传统的观测技术进行变形监测5-6。GNSS 实时监测技术能够全天时、全天候、无通视条件要求地对滑坡体进行实时监测预警，从而减少因山体滑坡带来的人员伤亡以及经济财产的损失。1GNSS 变形监测原理与技术变形监测原理与技术GNSS 监测在实际操作中是将一台接收机埋设在一个基准点上，另外一台或几台接收机埋设在监测点上，根据接收卫星的相对定位理论既确定进行同步观测的接收机之间相对位置的卫星定位方法，同步采集相同卫星的信号，其中主要使用的基本观测量是载波相位值7-10。GNSS 监测技术主要包括硬件和软件这两大系统11-13。其中硬件系统负责采集外观监测数据、内观测数据、辅助监测数据并发送至软件系统；软件系统负责数据处理、分析、存储、展示和发布数据，并对危险区域进行预警，可通过系统主页、手机短信、邮件等多种方式预警提醒，实现系统互联互动（如图一）。-17-17-广州建筑GUANGZHOU ARCHITECTURE2023 年 第 2 期图图 1 GNSS 工作示意图工作示意图2GNSS 技术在复杂滑坡监测中的应技术在复杂滑坡监测中的应用实例用实例2.1滑坡概况滑坡概况广东省某复杂滑坡地质灾害坡体主要由残坡积土和全强风化花岗岩构成，局部夹有较多的花岗岩孤石及碎块，整体属土质边坡，原为自然斜坡。受连续强降雨的影响坡体发生了滑坡体积约为 10万 m3的大型滑坡地质灾害。该滑坡（图 2）平面呈长舌状，滑坡长约 143.00 m，宽约 73.00 78.00 m，厚度 2.005.80m，整体坡度约 2035，局部较陡，边坡坡向 232，滑坡面积约 9944.00m2。滑坡壁底部见有渗水现象，在滑坡前缘位置流出并带有大量的泥浆；西侧滑坡周界见有一条走向约为北东，宽约 0.500.80m，长约 15.00m，深约 0.300.40m 的裂缝。在边坡治理阶段，需通过对边坡周边环境进行实时监测并对数据进行分析从而掌握边坡的变形情况，做好相应的防范措施14-15。图图 2 滑坡俯瞰图滑坡俯瞰图2.2监测网布设情况监测网布设情况基准点和监测点的布设需考虑周边范围是否存在无强电磁场或强振动源的干扰以及无线网络通讯信号通畅稳定。根据现场踏勘情况以及相关规范要求，在现场共建立了 7 个 GNSS 监测点，1 个 GNSS基准点，具体点位布设图如图 3。图图 3 监测点布设图监测点布设图3监测数据处理与结果分析监测数据处理与结果分析3.1 异常数据处理异常数据处理本次滑坡监测数据分析选取设备安装调试完成且稳定的数据。监测设备可根据现场实际需求进行人为设定监测频率，当前系统设定每一小时传输一个变形监测数据，数据分析中会选用不同日期的同一时间进行变化量统计。在数据分析过程中发现，监测设备在某一时间传输的数据可能会存在明显异常的情况。现取 BX3 监测点为例进行分析（图 4），BX3 监测点采用 2022.9.72022.10.31 中每一天00:00 的监测值进行分析，本项目报警值为总变化量为 20 mm 或连续 3 天大于 2 mm/d。图图 4BX3 监测点监测点未经修正未经修正时间位移曲线图时间位移曲线图由图 4 分析可看出，BX3 监测点在 2022 年 10月 14 日中 X 和 Z 的累计变化量发生了明显的突变情况，该数据已达到报警值，但是发现 12 日 00:00的监测值与 14 日 00:00 的监测值较为接近，因此需要判断 13 日 00:00 的监测值是否可用。由于 GNSS技术是通过卫星信号进行数据传输，所以在大气、磁场等干扰影响下会出现数据异常的情况出现，需-18-18-杨嘉仪：基于 GNSS 技术的复杂滑坡监测数据分析与研究要人工进行数据处理。通过查看 13 日全天每一小时传输的数据中发现，13 日 00:00 的 X 和 Z 的监测值明显与其余时间的监测值相差较大（如表 1 所示），因此 00:00 的监测数据不能使用，需取 13 日其余时间传输的监测值的平均值作为 13 日的监测值。通过修正后（如图 5 所示），14 日的累计变化量以及变化速率均未达到报警值。图图 5BX3 监测点修正后时间位移曲线图监测点修正后时间位移曲线图3.2 监测结果分析监测结果分析下面给出西坡中的 2 个监测点 BX6、BX7 的时间位移序列，监测时间段为 2022 年 9 月 7 日2022年 10 月 31 日，其中 X 代表南北方向（dx），Y 代表东西方向（dy），Z 代表高程方向（dz）。对比三个点的监测曲线图可知，三个监测点的整体变化均为未超出报警值，滑坡体总体趋于稳定。BX6 监测点时间序列如图 6，该滑坡处以 X 方向变形最为显著。截止 2022 年 10 月 31 日，X 方向累计变形 1.9 mm，代表该滑坡处向北移动 1.9 mm；Y 方向累计变形-0.4 mm，代表该滑坡处向西移动-0.4 mm；Z 方向累计变形 0.2 mm，代表该滑坡处上拱 0.2 mm。该滑坡处虽然有少量突变点，但是均未达到报警值，因此该监测点滑坡处趋于稳定。图图 6BX6 监测点时间位移曲线图监测点时间位移曲线图BX7 监测点时间序列如图 7，该滑坡处以 X 方向变形最为显著。截止 2022 年 10 月 31 日，X 方向累计变形 3.2 mm，代表该滑坡处向北移动 3.2 mm；Y 方向累计变形 2.7 mm，代表该滑坡处向东移动2.7 mm；Z 方向累计变形-0.8 mm，代表该滑坡处下沉-0.8 mm。该滑坡处虽然有少量突变点，但是均未达到报警值，因此该监测点滑坡处趋于稳定。图图 7BX7 监测点时间位移曲线图监测点时间位移曲线图BX6 监测点以及 BX7 监测点位于西侧滑坡周界裂缝附近，通过监测数据分析，该裂缝在治理期间没有进一步发育，没有造成再一次的滑坡灾害发表表 1BX3 监测点监测点 2022.10.13 每一小时监测值每一小时监测值采集时间北向 dx/m高程 dz/m采集时间北向 dx/m高程 dz/m2022/10/130:0057.45737.139512:0057.46777.10392022/10/131:0057.46737.106913:0057.46787.10372022/10/132:0057.46747.104514:0057.46787.10362022/10/133:0057.46757.107315:0057.46747.10392022/10/134:0057.46757.104716:0057.46767.10402022/10/135:0057.46767.107017:0057.46787.10392022/10/136:0057.46777.106418:0057.46757.10422022/10/137:0057.46787.106419:0057.46737.10372022/10/138:0057.46767.105820:0057.46717.10382022/10/139:0057.46747.105721:0057.46707.10402022/10/1310:0057.46767.105522:0057.46727.10382022/10/1311:0057.46767.104923:0057.46747.1036-19-19-广州建筑GUANGZHOU ARCHITECTURE2023 年 第 2 期生。从图 6-图 7 中可以看到随着滑坡的逐步治理，在施工扰动的情况下以及期间有降雨的情况出现，监测点各方向的变化量均较小，未超过报警值。现场巡视期间也并未发现明显的裂缝发育和山体渗水情况出现以及泥浆的流出。4 结语结语本文以广东省某复杂滑坡监测为例，通过结合位移变化监测数据分析，验证结果为 GNSS 技术可以对复杂滑坡进行监测。监测结果表明：（1）各监测点位移变化较小，未出现变形增大的趋势，滑坡未受施工扰动以及降雨影响再次出现滑塌现象，滑坡体目前基本趋于稳定；（2）GNSS 技术应用于复杂滑坡监测需注意不稳定数据传输至后台的现象，遇到异常数据时需考虑数据是否有效；（3）GNSS 技术应用于复杂滑坡监测的适用性、可行性得到验证，实时不间断监测，极大地减轻了现场监测工作的难度，在同类型的滑坡监测中可以使用该技术实现自动化监测。参参 考考 文文 献献1张勤,白正伟,黄观,文杜源,王铎.GNSS 滑坡监测预警技术进展J.测绘学报,2022,51(10).2韩笑,张会民,李凤燕.我国地质灾害防治投入效果评价J.中国地质灾害与防治学报,2016(4):114-119.3殷跃平.新世纪工程地质学系列丛书 滑坡监测预警与应急防治技术研究出版J.中国地质灾害与防治学报,2013(04):92.4周平根,唐灿,王思敬.人类活动与诱发地质灾害J.科学与社会,1998(1):14-19.5张勤,黄观文,杨成生.地质灾害监测预警中的精密空间对地观测技术J.测绘学报,2017(10):1300-1307.6崔春晓;朱自强;杨光轩;李东;刘洋.基于 GNSS 技术的排土场边坡监测及稳定性研究J.中国矿业,2020(03).7刘新华,尚俊娜,施浒立.基于 GNSS-RTK 技术的双层滑坡监测系统设计与实现J.电子技术应用,2020,46(11):1-7.8Gaussian process regression-based quaternion unscentedKalman robust filter for integrated SINS/GNSS.Journal ofSystems Engineering and Electronics.2022,33(05).9Li X,Chen X,Ge M,et al.Improving multi-GNSS ultra-rapid orbit determination for real-time precise point posi-tioningJ.Journal of Geodesy,2018(3):1-20.10韩军强.高精度 GNSS 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