GPS用于三峽庫區(qū)滑坡監(jiān)測的研究

1、GPS用于三峽庫區(qū)滑坡監(jiān)測的研究摘要：為探究GPS在三峽庫區(qū)滑坡監(jiān)測中的應(yīng)用，工程組于1999年27月在庫區(qū)12個滑坡體上，開展GPS觀測時最正確時段、最正確時段長度、最正確截止高度角、最正確基準(zhǔn)點數(shù)及分布，選用星歷、解算軟件、快速靜態(tài)定位，GPS與GLNASS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。理論證明，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，形成高程度的立體綜合監(jiān)測網(wǎng)，推動動態(tài)監(jiān)測，建

2、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，進展GPS滑坡監(jiān)測試驗，以探究三峽庫區(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)測能到達(dá)什么樣的精度，研究GPS觀測時最正確時段、最正確時段長度、最正確截止高度角、最正確基準(zhǔn)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細(xì)軟件解算精度比擬試驗，不同接收機隨機軟件精度、速度、完善性等比擬試驗，采用精細(xì)星歷與用播送星歷解算精度比擬試驗，快速靜態(tài)定位試驗，用雙系統(tǒng)與單系統(tǒng)定位精度比擬試驗，用實測氣象參數(shù)與用標(biāo)準(zhǔn)氣象參數(shù)對精度影響的試驗

3、。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(zhǔn)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(zhǔn)網(wǎng)點布設(shè)，按以下原那么。1.1崩滑體選擇的原那么選擇監(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，詳細(xì)原那么為：崩滑體穩(wěn)定性較差、危害嚴(yán)重、危巖體體積大于100萬3，滑坡體面積大于500萬3；位于城鎮(zhèn)新址或其附近，已做過詳勘和進展過治理；前緣高程低于180，后緣高程高于180及受庫水位變化影響而易滑、易崩(岸坡再

4、造)的斜坡。按以上原那么，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(zhǔn)網(wǎng)點選擇原那么基準(zhǔn)網(wǎng)點一般選在距崩滑體501000的穩(wěn)定巖體上，且合適GPS觀測。每個崩滑體應(yīng)有二個基準(zhǔn)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(zhǔn)點。按此原那么，在鏈子崖至巴東庫段50k試驗區(qū)內(nèi)選擇了7個基準(zhǔn)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(zhǔn)網(wǎng)布置示意圖1.3監(jiān)測網(wǎng)點選擇原那么監(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)報等詳細(xì)要素(變形方位、變形量、變形速率、時空動態(tài)、施工動態(tài)、開展趨勢等)確定點位，且這些點位能真實地反映

5、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，且合適GPS觀測。本試驗網(wǎng)中監(jiān)測點距基準(zhǔn)點之間隔 平均為281，最長為895，最短為39。1.4GPS觀測墩在每一基準(zhǔn)點和監(jiān)測點上，都建GPS觀測墩，且設(shè)有強迫對中裝置，其要求同GPS測量標(biāo)準(zhǔn)。2GPS監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、處理及精度分析2.1起算點坐標(biāo)獲取及精度為了獲得試驗區(qū)內(nèi)高精度起算點的坐標(biāo)(GS-84)，選擇鏈子巖基準(zhǔn)點(LZY0)為起算點，與武漢、北京、西安3個GPS跟蹤站聯(lián)測16h，用GA1T軟件和IGS星歷解算，基線解算的精度為：南北方向2、東西

6、方向4、高程11。因此，可以認(rèn)為LZY0點有優(yōu)于6的GS-84坐標(biāo)，完全能滿足監(jiān)測網(wǎng)的起算坐標(biāo)的精度要求。2.2基準(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)點的點位精度如表1。從表1可看出，基線長度小于3k時，基線分量絕對精度小于3，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月中旬逐一進展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GP

7、S接收機安置在基準(zhǔn)點上，其他置在監(jiān)測點上。經(jīng)平差計算，假設(shè)每一崩滑體的監(jiān)測點由1個基準(zhǔn)點計算，平面位移精度優(yōu)于6，垂直位移精度優(yōu)于10；假設(shè)由2個基準(zhǔn)點計算，那么平面位移精度優(yōu)于2.5，垂直位移精度優(yōu)于3.2，見表2。表1各基準(zhǔn)點位精度統(tǒng)計(單位：)點號xyzBZGXTHGBHG1BZG3B1.41.51.42.02.12.92.92.83.94.11.81.81.72.22.2注：7個基準(zhǔn)點中有1個點LZY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：)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

8、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)果進展比擬，假設(shè)視常規(guī)大地測量方法無誤差，那么GPS測出的平面位移外符合精度為：x=3.4、y=3.82、P=5.11；假設(shè)與鉆孔法觀測結(jié)果進展比擬(視鉆孔法無誤差)，那么GPS測出的平面位移外符合精度為：x=6.49、y=4.62、P=7.97。(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

9、方法)。從而證明GPS觀測的精度是可靠的。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.3各項試驗與研究3.1最正確時段的試驗在監(jiān)測期間，分別在上午、下午、晚上(18時22時)3個時間段進展觀測試驗。當(dāng)監(jiān)測精度平面位移為(36)，垂直位移為(610)(這是滑坡監(jiān)測的精度指標(biāo))，白天與晚上任何時段觀測，均可到達(dá)精度要求。3.2最正確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為最正確。3.3不同截止高度角比擬試驗對監(jiān)測網(wǎng)中的45條基線，分別用15、20、25截止高度角進展比擬計算結(jié)果列于表

10、4。表3不同時段長度的試算結(jié)果時段長度/hRS/(中誤差)Rati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構(gòu)造比擬截止監(jiān)測點RS/(中誤差)Rati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(zhǔn)

11、點和2個基準(zhǔn)點比擬試驗從理論上講一崩滑體的監(jiān)測基準(zhǔn)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(zhǔn)點進展比照試驗，詳見表5。表5從不同基準(zhǔn)點所測定的形變監(jiān)測點的坐標(biāo)形變監(jiān)測點起算基準(zhǔn)點X/X/Y/Y/Z/Z/HGB1HGB4HGB5HGB6HGB7HGB0HGBBHGBHGBBHGB0HGBBHGBHGBBHGBHGBB-1908996.2690-1908996.2700-1909002.1000-1909002.1010-1909009.2460-1909009.2430-19093190260-1909290.6920-190929

12、0.692011-3-705126281.97805126281.98405126308.68805126308.68705126317.26005126317.25005126225.88605126225.87105126267.70605126267.70606-1-10-1503269852.88103269852.88403269668.73703269668.73803269513.00403269512.99503269198.25303269198.25603269097.78903269097.792031-933根據(jù)=(/2n)1/2，可求出從1個基準(zhǔn)點觀測監(jiān)測點的精度為：

13、x=2.4、y=6.0、h=3.3，轉(zhuǎn)換成平面坐標(biāo)和高程(大地高)，即為x=0.5、y=4.3、h=5.8，P=4.3；假設(shè)從2個基準(zhǔn)點計算，那么x=0.4、y=3.0、h=4.1，P=3.0。可見2個基準(zhǔn)點比擬有利，除精度能進步外，主要是可校核，且增加可靠性。3.5不同GPS接收機軟件計算比擬試驗選用目前國內(nèi)廣泛應(yīng)用的4個GPS接收機隨機軟件，分別對36條基線進展解算，結(jié)果列于表6。表64種隨機軟件性能的比擬隨機軟件ABD計算時間(一樣數(shù)據(jù))/in是否提供Rati值是否提供RS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)能否提供殘差圖能否提供基線信息是否能

14、進展網(wǎng)平差參數(shù)控制15非常方便非常方便非常豐富20比擬方便比擬方便比擬豐富20不能進展不能進展比擬豐富20能進展不能進展比擬豐富從表6可看出A型號GPS接收機隨機軟件功能強，效果好。3.6監(jiān)測網(wǎng)用GAIT軟件和IGS星歷與隨機軟件和播送星歷解算精度比擬試驗。對45條基線解算結(jié)果列于表7。表7用精細(xì)星歷和播送星歷進展計算的結(jié)果比擬IGS精細(xì)星歷(GAIT軟件)播送星歷(隨機軟件)RS值/Rati值RS值/Rati值最小值最大值平均值最小值最大值平均值最小值最大值平均值最小值最大值平均值4652.016.55.124652.016.55.13表8利用10in資料進展快速定位的結(jié)果基線名稱邊長S/x

15、/y/h/s/BZ-BZ1BZ-BZ3BZ1-BZ3平均值4214461032.03.32.02.41.81.91.61.85.75.54.85.31.62.71.72.0表9利用20in資料進展快速定位的結(jié)果基線名稱邊長S/x/y/h/s/BZ-BZ1BZ-BZ3BZ1-BZ3平均值4214461031.71.60.61.30.91.91.21.31.65.55.24.11.72.21.31.7表10利用10in資料進展快速定位的結(jié)果基線名稱邊長S/x/y/h/s/BGB-HGB411944.82.69.12.8由表7可看出，由于監(jiān)測點距基準(zhǔn)點間隔 較短(都在1k以內(nèi))，故解算時可用隨機軟件

16、和播送星歷，但基準(zhǔn)網(wǎng)點的解算，應(yīng)采用精細(xì)星歷和精細(xì)軟件。3.6雙系統(tǒng)接收機優(yōu)越性試驗經(jīng)在三峽庫區(qū)實測試驗，能同時接收GPS和GLNASS信號的接收機具有以下優(yōu)點：(1)可靠性好。由于三峽庫區(qū)山高坡陡，遮擋嚴(yán)重，每顆衛(wèi)星連續(xù)觀測時間短，常出現(xiàn)整周模糊度無法固定，增加GLNASS衛(wèi)星后，就有明顯改善。(2)精度有所改善。由于衛(wèi)星數(shù)增加，幾何圖形改善，定位精度有改善。目前GLNASS安康衛(wèi)星僅89顆，假設(shè)24夥都正常工作，在三峽庫區(qū)采用雙系統(tǒng)接收機是有利的。3.7快速靜態(tài)定位試驗用GAIT軟件，分別對4條邊進展快速靜態(tài)定位解算試驗，結(jié)果列于表8表10中。從表7表9可看出，在監(jiān)測點上觀測20in即可滿足滑坡監(jiān)測的精度要求。3.8實測氣象系數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)氣象參數(shù)比擬試驗經(jīng)實際計算說明，因監(jiān)測網(wǎng)邊長較短，用實測氣象參數(shù)基線解的精度和用標(biāo)準(zhǔn)氣象參數(shù)基線解的精度無明顯差異，故監(jiān)測網(wǎng)點觀測時可不測氣象元素。實際解算說明基準(zhǔn)網(wǎng)采用實測氣象元素基線解精度有進步，因此對基準(zhǔn)網(wǎng)觀測時，應(yīng)實測氣象元素。4結(jié)論與建議(1)通過本次試驗證實了利用GPS進展三峽庫區(qū)崩滑監(jiān)測是可行的。GPS具有全天侯，測站間無需通視，可同時測定三維位移，這是常規(guī)方法無法實現(xiàn)的。(2)通過本次試驗，初步解決了GPS在三峽庫區(qū)滑坡監(jiān)測時最正確時段、最正確時段長度、最正確截止高角、最正確基準(zhǔn)