水利工程論文-GPS用于三峽庫區(qū)滑坡監(jiān)測的研究.doc

水利工程論文-GPS用于三峽庫區(qū)滑坡監(jiān)測的研究摘要：為探索GPS在三峽庫區(qū)滑坡監(jiān)測中的應(yīng)用，項目組于1999年27月在庫區(qū)12個滑坡體上，開展GPS觀測時最佳時段、最佳時段長度、最佳截止高度角、最佳基準點數(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)等項試驗與研究，獲得一批有益的結(jié)論。實踐證明，今后在三峽庫區(qū)滑坡監(jiān)測時，完全可用GPS代替常規(guī)的外觀測量方法，且在精度、監(jiān)測速度、時效性、效益等方面都有明顯的優(yōu)勢。關(guān)鍵詞：GPS三峽庫區(qū)滑坡監(jiān)測監(jiān)測方法精度分析為了更好地開展長江三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測和防治，完善監(jiān)測手段，形成高水平的立體綜合監(jiān)測網(wǎng)，推動動態(tài)監(jiān)測，建立地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)代化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造條件，作者于1999年27月，在三峽庫區(qū)鏈子崖至巴東庫段，布設(shè)60個GPS監(jiān)測點，進行GPS滑坡監(jiān)測試驗，以探索三峽庫區(qū)滑坡監(jiān)測能否用GPS代替常規(guī)的監(jiān)測方法，GPS用于三峽庫區(qū)滑坡監(jiān)測能達到什么樣的精度，研究GPS觀測時最佳時段、最佳時段長度、最佳截止高度角、最佳基準點數(shù)及分布等選擇問題，同時針對滑坡監(jiān)測短邊的特性，還開展GPS接收機隨機軟件與用精密軟件解算精度比較試驗，不同接收機隨機軟件精度、速度、完善性等比較試驗，采用精密星歷與用廣播星歷解算精度比較試驗，快速靜態(tài)定位試驗，用雙系統(tǒng)與單系統(tǒng)定位精度比較試驗，用實測氣象參數(shù)與用標準氣象參數(shù)對精度影響的試驗。通過三期實測試驗與研究，證明在三峽庫區(qū)滑坡監(jiān)測時，完全可用GPS來代替常規(guī)的外觀測量方法，且在精度、速度、時效性、效益等方面都優(yōu)于常規(guī)方法。1試驗區(qū)GPS點位的布設(shè)GPS監(jiān)測點分二級布設(shè)，即由基準網(wǎng)點和滑坡體監(jiān)測網(wǎng)點組成。各崩滑體的選擇，每個崩滑體監(jiān)測點的選擇及試驗區(qū)基準網(wǎng)點布設(shè)，按以下原則。1.1崩滑體選擇的原則選擇監(jiān)測崩滑體，主要根據(jù)地質(zhì)體的穩(wěn)定性、危險性、危害性來考慮，具體原則為：崩滑體穩(wěn)定性較差、危害嚴重、危巖體體積大于100萬m3，滑坡體面積大于500萬m3；位于城鎮(zhèn)新址或其附近，已做過詳勘和進行過治理；前緣高程低于180m，后緣高程高于180m及受庫水位變化影響而易滑、易崩(岸坡再造)的斜坡。按以上原則，本次試驗選擇了鏈子崖危巖體等9個崩滑體和新灘等3個滑坡。1.2基準網(wǎng)點選擇原則基準網(wǎng)點一般選在距崩滑體501000m的穩(wěn)定巖體上，且適合GPS觀測。每個崩滑體應(yīng)有二個基準點，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點。按此原則，在鏈子崖至巴東庫段50km試驗區(qū)內(nèi)選擇了7個基準網(wǎng)點(圖1)。圖1鏈子崖至巴東庫段崩滑地質(zhì)災(zāi)害GPS監(jiān)測基準網(wǎng)布置示意圖1.3監(jiān)測網(wǎng)點選擇原則監(jiān)測網(wǎng)點即為每個崩滑體的監(jiān)測點，因此應(yīng)根據(jù)崩滑體的形態(tài)特征、變形特征、動力因素及監(jiān)測預(yù)報等具體要素(變形方位、變形量、變形速率、時空動態(tài)、施工動態(tài)、發(fā)展趨勢等)確定點位，且這些點位能真實地反映災(zāi)害地質(zhì)體變形敏感部位；每一崩滑體監(jiān)測點數(shù)一般為38個，且能構(gòu)成12條監(jiān)測剖面；點位應(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。本試驗網(wǎng)中監(jiān)測點距基準點之距離平均為281m，最長為895m，最短為39m。1.4GPS觀測墩在每一基準點和監(jiān)測點上，都建GPS觀測墩，且設(shè)有強制對中裝置，其要求同GPS測量規(guī)范。2GPS監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、處理及精度分析2.1起算點坐標獲取及精度為了獲得試驗區(qū)內(nèi)高精度起算點的坐標(WGS-84)，選擇鏈子巖基準點(LZY0)為起算點，與武漢、北京、西安3個GPS跟蹤站聯(lián)測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，可以認為LZY0點有優(yōu)于6cm的WGS-84坐標，完全能滿足監(jiān)測網(wǎng)的起算坐標的精度要求。2.2基準網(wǎng)點觀測及精度用6臺雙頻GPS接收機和一臺單頻雙系統(tǒng)接收機，在7個基準網(wǎng)點上同步觀測16h，觀測時測定氣象元素，數(shù)據(jù)處理采用BerneseVer4.0軟件和IGS星歷，各基準點的點位精度如表1。從表1可看出，基線長度小于3km時，基線分量絕對精度小于3mm，其余相對精度優(yōu)于1/300萬。2.3監(jiān)測網(wǎng)點觀測及精度用9臺GPS接收機，對12個崩滑體分別于4月中旬、5月中旬、6月中旬逐一進行3期監(jiān)測，每期觀測時間約為6d，每天觀測23個時段，每時段長為23h。對每一滑坡體觀測時，其中2臺GPS接收機安置在基準點上，其他置在監(jiān)測點上。經(jīng)平差計算，若每一崩滑體的監(jiān)測點由1個基準點計算，平面位移精度優(yōu)于6mm，垂直位移精度優(yōu)于10mm；若由2個基準點計算，則平面位移精度優(yōu)于2.5mm，垂直位移精度優(yōu)于3.2mm，見表2。表1各基準點位精度統(tǒng)計(單位：mm)點號mxmymzBZMOGXTOHGBOHG1BZG3B1.41.51.42.02.12.92.92.83.94.11.81.81.72.22.2注：7個基準點中有1個點（LZYO）為起算點、有1個點觀測時采用的是單頻接收機，故表中僅列出5點。表2變形監(jiān)測精度統(tǒng)計(單位：mm)塊體名稱監(jiān)測點數(shù)量各塊體3期形變量精度平均值xyHP黃土坡黃蠟石趙樹嶺八字門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為驗證以上精度，將三期測得的平面位移與常規(guī)大地測量方法結(jié)果進行比較，若視常規(guī)大地測量方法無誤差，則GPS測出的平面位移外符合精度為：mx=3.4mm、my=3.82mm、mP=5.11mm；若與鉆孔法觀測結(jié)果進行比較(視鉆孔法無誤差)，則GPS測出的平面位移外符合精度為：mx=6.49mm、my=4.62mm、mP=7.97mm。(事實上，在三峽庫區(qū)采用的常規(guī)大地測量法和鉆孔法觀測精度低于GPS精度，但這是驗證GPS精度的唯一方法)。從而證明GPS觀測的精度是可靠的。3各項試驗與研究3.1最佳時段的試驗在監(jiān)測期間，分別在上午、下午、晚上(18時22時)3個時間段進行觀測試驗。當監(jiān)測精度平面位移為(36)mm，垂直位移為(610)mm(這是滑坡監(jiān)測的精度指標)，白天與晚上任何時段觀測，均可達到精度要求。3.2最佳時段長度試驗以新灘第二期觀測資料為例，對13條基線向量，3h觀測值分解成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)觀測定位方法，時段長度1.52h為最佳。3.3不同截止高度角比較試驗對監(jiān)測網(wǎng)中的45條基線，分別用15、20、25截止高度角進行比較計算結(jié)果列于表4。表3不同時段長度的試算結(jié)果時段長度/hRMS/mm(中誤差)Ratio值浮點解的個數(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不同截止高度角計算結(jié)構(gòu)比較截止監(jiān)測點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，在三峽庫區(qū)，選用25截止高度角效果最好，但需說明，截止高度角與測點周圍地形有關(guān)，一般為20。3.41個基準點和2個基準點比較試驗從理論上講一崩滑體的監(jiān)測基準點最好為3個，但這樣代價較大，鑒于滑坡監(jiān)測的精度要求，本次試驗選1個或2個基準點進行對比試驗，詳見表5。表5從不同基準點所測定的形變監(jiān)測點的坐標形變監(jiān)測點起算基準點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個基準點觀測監(jiān)測點的精度為：x=2.4mm、y=6.0mm、h=3.3mm，轉(zhuǎn)換成平面坐標和高程(大地高)，即為x=0.5mm、y=4.3mm、h=5.8mm，P=4.3mm；若從2個基準點計算，則x=0.4mm、y=3.0mm、h=4.1mm，P=3.0mm?？梢?個基準點比較有利，除精度能提高外，主要是可校核，且增加可靠性。3.5不同GPS接收機軟件計算比較試驗選用目前國內(nèi)廣泛應(yīng)用的4個GPS接收機隨機軟件，分別對36條基線進行解算，結(jié)果列于表6。表64種隨機軟件性能的比較隨機軟件ABCD計算時間(相同數(shù)據(jù))/min是否提供Ratio值是否提供RMS值同步環(huán)檢驗異步環(huán)檢驗?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