水利工程論文-GPS用于三峽庫(kù)區(qū)滑坡監(jiān)測(cè)的研究.doc

水利工程論文-GPS用于三峽庫(kù)區(qū)滑坡監(jiān)測(cè)的研究摘要：為探索GPS在三峽庫(kù)區(qū)滑坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，項(xiàng)目組于1999年27月在庫(kù)區(qū)12個(gè)滑坡體上，開(kāi)展GPS觀測(cè)時(shí)最佳時(shí)段、最佳時(shí)段長(zhǎng)度、最佳截止高度角、最佳基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)及分布，選用星歷、解算軟件、快速靜態(tài)定位，GPS與GLONASS組合定位，不同氣象參數(shù)等項(xiàng)試驗(yàn)與研究，獲得一批有益的結(jié)論。實(shí)踐證明，今后在三峽庫(kù)區(qū)滑坡監(jiān)測(cè)時(shí)，完全可用GPS代替常規(guī)的外觀測(cè)量方法，且在精度、監(jiān)測(cè)速度、時(shí)效性、效益等方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞：GPS三峽庫(kù)區(qū)滑坡監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)方法精度分析為了更好地開(kāi)展長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)和防治，完善監(jiān)測(cè)手段，形成高水平的立體綜合監(jiān)測(cè)網(wǎng)，推動(dòng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，建立地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)代化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造條件，作者于1999年27月，在三峽庫(kù)區(qū)鏈子崖至巴東庫(kù)段，布設(shè)60個(gè)GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行GPS滑坡監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，以探索三峽庫(kù)區(qū)滑坡監(jiān)測(cè)能否用GPS代替常規(guī)的監(jiān)測(cè)方法，GPS用于三峽庫(kù)區(qū)滑坡監(jiān)測(cè)能達(dá)到什么樣的精度，研究GPS觀測(cè)時(shí)最佳時(shí)段、最佳時(shí)段長(zhǎng)度、最佳截止高度角、最佳基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)及分布等選擇問(wèn)題，同時(shí)針對(duì)滑坡監(jiān)測(cè)短邊的特性，還開(kāi)展GPS接收機(jī)隨機(jī)軟件與用精密軟件解算精度比較試驗(yàn)，不同接收機(jī)隨機(jī)軟件精度、速度、完善性等比較試驗(yàn)，采用精密星歷與用廣播星歷解算精度比較試驗(yàn)，快速靜態(tài)定位試驗(yàn)，用雙系統(tǒng)與單系統(tǒng)定位精度比較試驗(yàn)，用實(shí)測(cè)氣象參數(shù)與用標(biāo)準(zhǔn)氣象參數(shù)對(duì)精度影響的試驗(yàn)。通過(guò)三期實(shí)測(cè)試驗(yàn)與研究，證明在三峽庫(kù)區(qū)滑坡監(jiān)測(cè)時(shí)，完全可用GPS來(lái)代替常規(guī)的外觀測(cè)量方法，且在精度、速度、時(shí)效性、效益等方面都優(yōu)于常規(guī)方法。1試驗(yàn)區(qū)GPS點(diǎn)位的布設(shè)GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)分二級(jí)布設(shè)，即由基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)和滑坡體監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)組成。各崩滑體的選擇，每個(gè)崩滑體監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選擇及試驗(yàn)區(qū)基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)布設(shè)，按以下原則。1.1崩滑體選擇的原則選擇監(jiān)測(cè)崩滑體，主要根據(jù)地質(zhì)體的穩(wěn)定性、危險(xiǎn)性、危害性來(lái)考慮，具體原則為：崩滑體穩(wěn)定性較差、危害嚴(yán)重、危巖體體積大于100萬(wàn)m3，滑坡體面積大于500萬(wàn)m3；位于城鎮(zhèn)新址或其附近，已做過(guò)詳勘和進(jìn)行過(guò)治理；前緣高程低于180m，后緣高程高于180m及受庫(kù)水位變化影響而易滑、易崩(岸坡再造)的斜坡。按以上原則，本次試驗(yàn)選擇了鏈子崖危巖體等9個(gè)崩滑體和新灘等3個(gè)滑坡。1.2基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)選擇原則基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)一般選在距崩滑體501000m的穩(wěn)定巖體上，且適合GPS觀測(cè)。每個(gè)崩滑體應(yīng)有二個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，且最好位于該崩滑體的兩側(cè)。鄰近崩滑體可共用同一基準(zhǔn)點(diǎn)。按此原則，在鏈子崖至巴東庫(kù)段50km試驗(yàn)區(qū)內(nèi)選擇了7個(gè)基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)(圖1)。圖1鏈子崖至巴東庫(kù)段崩滑地質(zhì)災(zāi)害GPS監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)布置示意圖1.3監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)選擇原則監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)即為每個(gè)崩滑體的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，因此應(yīng)根據(jù)崩滑體的形態(tài)特征、變形特征、動(dòng)力因素及監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)等具體要素(變形方位、變形量、變形速率、時(shí)空動(dòng)態(tài)、施工動(dòng)態(tài)、發(fā)展趨勢(shì)等)確定點(diǎn)位，且這些點(diǎn)位能真實(shí)地反映災(zāi)害地質(zhì)體變形敏感部位；每一崩滑體監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)一般為38個(gè)，且能構(gòu)成12條監(jiān)測(cè)剖面；點(diǎn)位應(yīng)位于阻滑段前緣、下滑段前后緣、索引段前緣和滑坡體的剪出口，且適合GPS觀測(cè)。本試驗(yàn)網(wǎng)中監(jiān)測(cè)點(diǎn)距基準(zhǔn)點(diǎn)之距離平均為281m，最長(zhǎng)為895m，最短為39m。1.4GPS觀測(cè)墩在每一基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，都建GPS觀測(cè)墩，且設(shè)有強(qiáng)制對(duì)中裝置，其要求同GPS測(cè)量規(guī)范。2GPS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集、處理及精度分析2.1起算點(diǎn)坐標(biāo)獲取及精度為了獲得試驗(yàn)區(qū)內(nèi)高精度起算點(diǎn)的坐標(biāo)(WGS-84)，選擇鏈子巖基準(zhǔn)點(diǎn)(LZY0)為起算點(diǎn)，與武漢、北京、西安3個(gè)GPS跟蹤站聯(lián)測(cè)16h，用GAM1T軟件和IGS星歷解算，基線解算的精度為：南北方向2mm、東西方向4mm、高程11mm。因此，可以認(rèn)為L(zhǎng)ZY0點(diǎn)有優(yōu)于6cm的WGS-84坐標(biāo)，完全能滿足監(jiān)測(cè)網(wǎng)的起算坐標(biāo)的精度要求。2.2基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)觀測(cè)及精度用6臺(tái)雙頻GPS接收機(jī)和一臺(tái)單頻雙系統(tǒng)接收機(jī)，在7個(gè)基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)上同步觀測(cè)16h，觀測(cè)時(shí)測(cè)定氣象元素，數(shù)據(jù)處理采用BerneseVer4.0軟件和IGS星歷，各基準(zhǔn)點(diǎn)的點(diǎn)位精度如表1。從表1可看出，基線長(zhǎng)度小于3km時(shí)，基線分量絕對(duì)精度小于3mm，其余相對(duì)精度優(yōu)于1/300萬(wàn)。2.3監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)觀測(cè)及精度用9臺(tái)GPS接收機(jī)，對(duì)12個(gè)崩滑體分別于4月中旬、5月中旬、6月中旬逐一進(jìn)行3期監(jiān)測(cè)，每期觀測(cè)時(shí)間約為6d，每天觀測(cè)23個(gè)時(shí)段，每時(shí)段長(zhǎng)為23h。對(duì)每一滑坡體觀測(cè)時(shí)，其中2臺(tái)GPS接收機(jī)安置在基準(zhǔn)點(diǎn)上，其他置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上。經(jīng)平差計(jì)算，若每一崩滑體的監(jiān)測(cè)點(diǎn)由1個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)計(jì)算，平面位移精度優(yōu)于6mm，垂直位移精度優(yōu)于10mm；若由2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)計(jì)算，則平面位移精度優(yōu)于2.5mm，垂直位移精度優(yōu)于3.2mm，見(jiàn)表2。表1各基準(zhǔn)點(diǎn)位精度統(tǒng)計(jì)(單位：mm)點(diǎn)號(hào)mxmymzBZMOGXTOHGBOHG1BZG3B1.41.51.42.02.12.92.92.83.94.11.81.81.72.22.2注：7個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)中有1個(gè)點(diǎn)（LZYO）為起算點(diǎn)、有1個(gè)點(diǎn)觀測(cè)時(shí)采用的是單頻接收機(jī)，故表中僅列出5點(diǎn)。表2變形監(jiān)測(cè)精度統(tǒng)計(jì)(單位：mm)塊體名稱(chēng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量各塊體3期形變量精度平均值xyHP黃土坡黃蠟石趙樹(shù)嶺八字門(mén)渡水頭鏈子崖新灘平均值851133870.30.3000.60.100.22.92.12.32.23.12.72.22.53.92.73.12.83.73.82.73.24.93.43.93.64.94.73.54.1為驗(yàn)證以上精度，將三期測(cè)得的平面位移與常規(guī)大地測(cè)量方法結(jié)果進(jìn)行比較，若視常規(guī)大地測(cè)量方法無(wú)誤差，則GPS測(cè)出的平面位移外符合精度為：mx=3.4mm、my=3.82mm、mP=5.11mm；若與鉆孔法觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較(視鉆孔法無(wú)誤差)，則GPS測(cè)出的平面位移外符合精度為：mx=6.49mm、my=4.62mm、mP=7.97mm。(事實(shí)上，在三峽庫(kù)區(qū)采用的常規(guī)大地測(cè)量法和鉆孔法觀測(cè)精度低于GPS精度，但這是驗(yàn)證GPS精度的唯一方法)。從而證明GPS觀測(cè)的精度是可靠的。3各項(xiàng)試驗(yàn)與研究3.1最佳時(shí)段的試驗(yàn)在監(jiān)測(cè)期間，分別在上午、下午、晚上(18時(shí)22時(shí))3個(gè)時(shí)間段進(jìn)行觀測(cè)試驗(yàn)。當(dāng)監(jiān)測(cè)精度平面位移為(36)mm，垂直位移為(610)mm(這是滑坡監(jiān)測(cè)的精度指標(biāo))，白天與晚上任何時(shí)段觀測(cè)，均可達(dá)到精度要求。3.2最佳時(shí)段長(zhǎng)度試驗(yàn)以新灘第二期觀測(cè)資料為例，對(duì)13條基線向量，3h觀測(cè)值分解成1h、1.5h、2h、3h分別解算，結(jié)果列于表3。從表3可看出，采用靜態(tài)觀測(cè)定位方法，時(shí)段長(zhǎng)度1.52h為最佳。3.3不同截止高度角比較試驗(yàn)對(duì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)中的45條基線，分別用15、20、25截止高度角進(jìn)行比較計(jì)算結(jié)果列于表4。表3不同時(shí)段長(zhǎng)度的試算結(jié)果時(shí)段長(zhǎng)度/hRMS/mm(中誤差)Ratio值浮點(diǎn)解的個(gè)數(shù)最小值最大平均值最小值最大平均值11.5235456121310198.47.36.59.21.91.61.91.621.439.864.730.29.415.922.413.10111表4不同截止高度角計(jì)算結(jié)構(gòu)比較截止監(jiān)測(cè)點(diǎn)RMS/mm(中誤差)Ratio值最小值最大值平均值最小值最大值平均值1520254446555.044.874.732.02.02.016.516.66.85.125.465.55從表4可看出，在三峽庫(kù)區(qū)，選用25截止高度角效果最好，但需說(shuō)明，截止高度角與測(cè)點(diǎn)周?chē)匦斡嘘P(guān)，一般為20。3.41個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)和2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)比較試驗(yàn)從理論上講一崩滑體的監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)最好為3個(gè)，但這樣代價(jià)較大，鑒于滑坡監(jiān)測(cè)的精度要求，本次試驗(yàn)選1個(gè)或2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，詳見(jiàn)表5。表5從不同基準(zhǔn)點(diǎn)所測(cè)定的形變監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)形變監(jiān)測(cè)點(diǎn)起算基準(zhǔn)點(diǎn)X/mX/mmY/mY/mmZ/mZ/mmHGB1HGB4HGB0HGBBHGBO-1908996.2690-1908996.2700-1909002.1000115126281.97805126281.98405126308.68806-13269852.88103269852.88403269668.737031HGB5HGB6HGB7HGBBHGB0HGBBHGBOHGBBHGBOHGBB-1909002.1010-1909009.2460-1909009.2430-19093190260-1909290.6920-1909290.6920-3-705126308.68705126317.26005126317.25005126225.88605126225.87105126267.70605126267.7060-10-1503269668.73803269513.00403269512.99503269198.25303269198.25603269097.78903269097.7920-933根據(jù)=(/2n)1/2，可求出從1個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)觀測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的精度為：x=2.4mm、y=6.0mm、h=3.3mm，轉(zhuǎn)換成平面坐標(biāo)和高程(大地高)，即為x=0.5mm、y=4.3mm、h=5.8mm，P=4.3mm；若從2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)計(jì)算，則x=0.4mm、y=3.0mm、h=4.1mm，P=3.0mm。可見(jiàn)2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)比較有利，除精度能提高外，主要是可校核，且增加可靠性。3.5不同GPS接收機(jī)軟件計(jì)算比較試驗(yàn)選用目前國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用的4個(gè)GPS接收機(jī)隨機(jī)軟件，分別對(duì)36條基線進(jìn)行解算，結(jié)果列于表6。表64種隨機(jī)軟件性能的比較隨機(jī)軟件ABCD計(jì)算時(shí)間(相同數(shù)據(jù))/min是否提供Ratio值是否提供RMS值同步環(huán)檢驗(yàn)異步環(huán)檢驗(yàn)?zāi)芊裉崛≡嘉募芊裉崛INES文件能否提供質(zhì)量控制參數(shù)能否