GPS RTK技术用于滑坡动态实时变形监测的研究
王利;张勤;李寻昌;张永奇;管建安;涂锐
【摘 要】英语四级计分器This paper prents a study on the precision and reliability of landslide deformation monitoring with GPS-RTK technology. Some monitoring points were t on the landslide body. The GPS RTK technology, the threedimension surveying technology by total station and the GPS single epoch positioning technology were ud to monitor the deformation process from stable state to the failure of the landslide in real time. The results are further eombined with large physical model experiment of one kind of landslides. The processing and analysis on the monitored data of the landslide have resulted in the technique parameters about reliability and precision of landslide deformation monitoring with the RTK technology. That is, the precision of plane and height from RTK can be controlled within 15mm and 20mm respectively,under the conditions that there are more than ven satellites obrved synchronous and the data link can work normally. The experimental results indicate that the GPS-RTK technology c
an be ud to monitor the dynamic and real time deformation of this type of landslides when the obrvation conditions are favorable.%为了研究GPS RTK技术用于滑坡动态变形监测的精度和可靠性,本文结合某类滑坡的大型物理模型试验,在滑坡体上布设了若干监测点,并用GPS RTK技术、全站仪三维测量技术和GPS单历元定位技术实时跟踪监测了该滑坡在自然状态下从稳定到产生破坏的全部过程.通过对监测数据的处理和分析,获得了RTK技术用于滑坡变形监测的可靠性和精度等技术参数,即在基准站和流动站同步观测到的卫星数在7颗以上且RTK系统的数据链能够正常工作的情况下,RTK测量的平面和高程精度就能分别控制在15mm和20mm以内.研究结果表明,RTK技术在一定条件下完全可用于滑坡灾害的动态实时变形监测.
技女
【期刊名称】《工程地质学报》
【年(卷),期】2011(019)002
【总页数】6页(P193-198)
【关键词】GPS RTK;滑坡;动态;实时;变形监测
tear>cctv全称英语
【作 者】王利;张勤;李寻昌;张永奇;管建安;涂锐
【作者单位】长安大学地质工程与测绘学院,西安,710054;长安大学地质工程与测绘学院,西安,710054;长安大学地质工程与测绘学院,西安,710054;长安大学地质工程与测绘学院,西安,710054;长安大学地质工程与测绘学院,西安,710054;长安大学地质工程与测绘学院,西安,710054
【正文语种】中 文
【中图分类】P642.22;P228.4
滑坡是世界范围内最严重的灾害之一,它威胁着人类的生命和财产安全,每年因此造成数千人员伤亡和大量设施的严重损坏。我国疆土辽阔,约有70%为山地,是一个山地灾害频发的国家,而其中大多数山地灾害是以滑 (边)坡为主要表现形式。据统计,每年有数以万计不同规模的滑坡发生,因滑坡造成的年均经济损失高达 50亿元,同时还造成自然环境的破坏和人民生命财产的损失[1,2]。因此,必须对滑坡等地质灾害进行变形监测和预报。
变形监测方法多种多样,已从简单的人工法发展到了目前的高精度仪器测定法,如 GPS、TD
R和测量机器人等,这些方法也已广泛应用于崩塌、滑坡和泥石流等灾害的监测与预报[3～8]。
目前,GPS静态相对定位技术和 GPS连续运行参考站 (CORS-Continuous Operational Reference System)技术已广泛应用于滑坡和各类建筑物的变形监测[9～16],但 GPS RTK(Real Time Kinematic)技术用于滑坡变形监测的报道尚不多见,目前主要应用在大型桥梁、高层建筑物和地面沉降的变形监测方面[17～21]。为了研究 RTK技术用于滑坡变形监测的可靠性和精度,本文结合某类滑坡的大型物理模型试验,用 RTK技术实时跟踪监测了该滑坡体在自然状态下从稳定到产生破坏的全部过程,通过对监测数据的处理和分析,获得了一些重要的技术参数,以期能为 GPS RTK技术用于滑坡变形监测提供一些有参考价值的结论。建议英语
GPS RTK技术一种是基于载波相位观测量的实时动态差分定位技术,它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果。GPS RTK定位原理与 GPS伪距差分定位原理类似,其基本思想是:在基准站上安置一台 GPS接收机,对卫星进行连续观测,并通过无线电传输设备实时地将观测数据及站坐标信息传送给用户站;用户站一方面通过GPS接收机接收 GPS
illustrate卫星信号,同时还通过无线电接收设备接收基准站传送来的观测数据,然后根据相对定位原理,实时地进行数据处理,并实时地以厘米级的精度给出用户站的三维坐标[22～25]。
frostbite本次滑坡的大型物理模型试验场设在长安大学渭水校区,主要研究黄土型滑坡在自然状态下发生变形的基本参数。其中,一项重要的研究内容就是通过用 RTK等技术实时跟踪监测该滑坡体在自然状态下从稳定到产生破坏的全部过程,从而获得RTK技术用于滑坡变形监测的可靠性和精度等技术参数。
本试验中滑坡物理模型的尺寸为:滑坡体底部长度为 22m,宽 20m;顶部长度为 10m,宽度为 10m,前后缘高差 5m,用黄土填筑,滑面采用人工预制,主滑方向为正北。滑坡物理模型的剖面及平面布置图如图 1、图 2所示。
本次滑坡变形监测试验共布设监测点 5个(WJ01,WJ02,WJ03,WJ04,WJ05),全部位于堆载区上方,其上分别安置了 4台 GPS接收机天线和 1台全站仪的目标棱镜。其中,XJ05是全站仪目标棱镜所在监测点,XJ02是 RTK GPS接收机所在监测点,XJ01、XJ03和 XJ04监测点上也分别放置了 GPS接收机天线做连续观测。滑坡监测基准点则布设在距离滑坡体约 30m以外的稳定区域,本次试验时共设置了三个基准点 (WA01,WA02,WA03),其上分别架设
GPS接收机 (为动态变形监测提供基准)、RTK系统的基准站 GPS接收机 (向 RTK监测站接收机发射信号)和全站仪。监测点和基准点的分布略图如图 3所示。
本次监测试验从早晨 9点开始,一直持续到下午 4点滑坡产生完全破坏不再变形为止。监测时,基准点、监测点上的 GPS接收机和 RTK GPS接收机的数据采样率均为 1s,完全能够捕获滑坡快速变形的三维位移信息。全站仪则采用人工操作,数据采样率不太均匀,约为 30s。
从试验开始后的 2个小时内,滑坡体基本处于稳定状态,RTK测量结果如图 4所示,其相应的精度统计结果见表 1。从图 4中可以看出,北方向和东方向的变形量均很小,基本稳定在 10mm的范围内;高程方向在最初的两个小时也基本未发生变形,变化幅度在 20mm左右。但在后续的一个半小时内,可以发现,虽然北、东方向均没有发生明显的变形,但高程方向已经有了 40mm左右的变形量,而此时滑坡体后缘仍未发现明显的裂缝,说明滑坡体呈整体下滑态势,这也与现场观察到的滑坡实际变形情况吻合。同时,从表 1中也可以看出,RTK监测结果的精度与该类仪器的标称精度基本一致,平面方向的精度在 10mm左右,高程方向的精度在20mm左右。
从下午 1点开始,对滑坡体的坡脚进行卸载之后,整个滑坡体开始产生明显的变形和裂缝,并函授研究生
逐渐开始滑动。最先滑塌的部分是 RTK GPS接收机所在的位置(WJ02点),垮塌方向为北东向。滑坡体从开始滑动直至破坏的三维位移曲线图如图 5所示。从图 5中可以看出,该滑坡体的垂直位移非常明显,到滑坡破坏时,累计垂直变形量已达 265mm;但其平面位移相对较小,仅有 10～30mm,其中东方向最大变形量达到 21mm,北方向最大变形量达到11mm。由于该滑坡体滑塌时倾向于偏东方向,故其东方向的位移量略大于北方向。
表 2和图 6中显示的是 RTK技术监测滑坡动态变形过程中的精度信息,而图 7则给出了在此过程中 RTK GPS接收机跟踪到的卫星颗数及相应的三维位置精度因子 (PDOP)的值。从上述图表中可以看出,RTK测量的精度与所观测到的卫星数密切相关。因此,在变形监测过程中,只要能够保证足够的观测卫星数(7颗以上),RTK监测的精度就能够保持在一定的范围之内,即平面精度在 15mm以内,高程精度在 20mm以内。
为了检验 RTK测量结果的可靠性,还用全站仪三维测量技术和 GPS单历元定位技术监测了该滑坡的全部变形过程,其测量结果如图 8和图 9所示。其中,图 8所示的是监测点WJ05上的全站仪三维测量结果,图 9所示的是监测点 WJ01上 GPS单历元定位后处理的结果 (WJ03和WJ04点上也有类似的结果)。
从图 8中可以看出,尽管全站仪测量的频率较低 (约 30s),而且两个监测点 (WJ05和 WJ02)的位置相差 2m左右,加上此时滑坡体上已出现了多条裂缝,导致各点的变形方向不尽相同,其三维坐标或变形量已无法进行准确比较,尤其是在平面方向上。但 RTK监测结果与全站仪测量结果的量级和变形趋势非常一致,全站仪所测得的高程方向的最大位移量为 255mm,与 RTK所测结果仅相差 10mm左右,说明 RTK的测量结果在此类观测条件下是完全可靠的。wakey
同时,为了便于比较分析,图 9中给出了紧邻滑坡体东缘的监测点WJ01上的 GPS单历元定位结果。从图 9中也可以看出,尽管图 9与图 5所示的不是同一个监测点上的监测结果,但由于具有相同的采样频率,RTK监测结果与 GPS单历元定位技术监测结果的量级和变形趋势也具有相当大的一致性。尤其是在 5800s以前,两点上的变形量级和趋势非常一致,GPS单历元定位技术所测得的高程方向的最大位移量为 280mm,与 RTK所测结果相差15mm左右,再次说明 RTK的测量结果在此类观测条件下是完全可靠的。而在 5800s之后,由于WJ01点上的接收机天线随着滑坡体东北角的垮塌而倾倒,其变形量已无法在图 9中完全显示。
从试验结果及其分析可以看出,采用 GPS RTK技术监测滑坡变形时,只要观测条件良好,即基准站和流动站同步观测到的卫星数在 7颗以上且 RTK系统的数据链能够正常工作,RTK测量
的精度就能够控制在一定的范围之内,即平面精度在 15mm以内,高程精度在 20mm以内;通过与同步观测的全站仪三维测量结果和 GPS单历元定位监测结果的对比,证明了 GPS RTK技术在此类条件下的测量结果是完全可靠的;而且,在大多数情况下,其平面和高程精度分别在 10mm和 15mm左右,完全可用于变形量大于 15mm的滑坡的动态实时变形监测。
