大型滑坡体GPS监测基准网稳定性分析的研究.doc

1、大型滑坡体 GPS 监测基准网稳定性分析的研究摘要：本文针对 GPS 技术在雅砻江卡拉水电站大型滑坡体监测应用中遇到的基准网稳定性问题，进行分析与论述。通过在卡拉滑坡体监测基准网稳定性分析实际应用表明，利用公共点坐标转换法来寻找和判定稳定点组是可行的。 关键词：基准网稳定性； GPS 监测网； 坐标转换 ；滑坡监测 中图分类号：C35 文献标识码： A Gps Monitoring of Large Landslide Stability Analysis of The Benchmark Network Jin Xinping （Fujian Huadong Geotechnical Eng

2、ineering Co., Ltd., Fuzhou 350003, China） Abstract：In this paper, GPS technology in the large hydropower station of the Kala Yalong River landslides monitoring applications encountered in the stability of the base network, analyzed and discussed. By Kala landslide stability analysis benchmarks for m

3、onitoring network in practical applications that make use of public-point coordinate conversion method to locate and determine the stability of point group is feasible. Keywords：Benchmark Network Stability；GPS Monitoring Network；Coordinate Transformation；Landslide Monitoring 1 工程概况 卡拉水电站工程区位于四川省凉山州木

4、里县雅砻江中游河段内，为雅砻江干流两河口至江口段梯级开发 11 级中的第 6 级。坝址距木里县约120km，距西昌市约 365km。电站水库正常蓄水位 1986m，坝顶高程约1991m，最大坝高约 128m，装机容量约 950MW，回水至杨房沟水电站，水库长约 40km。总库容约 2.34 亿 m3，调节库容约 0.370 亿 m3。 卡拉水电站工程区自下田镇至七一桥下游约 16.5km 的近坝河段内，分布有下田镇、田三、岗尖、下马鸡店、草坪五个滑坡体，见图 1。各滑坡体规模巨大，若出现边坡失稳现象，将造成河道堵塞，并会危及大坝及其它枢纽建筑物的安全。为了解各滑坡体稳定情况，在监测区域内建立了

5、 9 个基准点，在五个滑坡体上设置了 40 个变形监测点。自 2006 年7 月开始至 2010 年 2 月对基准网进行了 6 期观测，对监测网进行 49 期GPS 观测。 由于基准点是否稳定是决定变形监测点监测数据可靠性的重要因素之一，基准网的稳定性分析是数据处理的一个重要方面。 2 监测基准网的建立 2.1 基准网布设 根据滑坡体的分布，考虑监测网图形和实地地质条件，基准点观测墩全部埋设在基岩上，上面安装有强制对中盘。2006 年 3 月设置了II01-II06 共 6 个基准点，2006 年 12 月底，增设了基准点 II07，2008年 8 月底，根据现场观测情况，因持续的基准网观测资

6、料分析显示基准点 II07 存在一定量的位移现象，不能作为基准点使用，因此对其进行废除。同时，新增加埋设基准点 II08、II09，使草坪滑坡体监测网结构更加趋于合理，基准点与滑坡体位置分布见图 1。 收稿日期： 作者简介：金新平（1978.11） ，男，河南虞城人，大学本科，工程师，工程测绘院副院长，从事工程测量技术与管理工作。 图 1 基准点分布示意图 2.2 基准网测量 为提高基线解算精度，基准网起算网点 II03 与 IGS 连续运行参考站的昆明站(KUNM)、武汉站(URUM)、乌鲁木齐站(WUHN)、拉萨站(LHAS)进行了的联测，联测时 II03 持续观测了 36h，采样间隔为

7、10s。根据 IGS站的观测数据、测站地心坐标和精密星历，利用 Trimble Total Control 2.73（以下简称 TTC）软件计算 II03 的 WGS84 坐标，计算得到 II03 点在WGS84 坐标系下的点位精度优于 0.02m。在 GPS 测量中，当起算点在WGS84 下的点位精度为 0.2m 时，对 10Km 基线解算的误差影响为 0.1mm。由于 II03 在 WGS84 下的点位精度优于 0.02m，且本监测项目的最长边不超过 10Km，因此其对基准网的基线解算误差影响不超过 0.01mm，足以作为起算点使用。 基准网包括首期共进行了七期测量，七期具体观测时间见表

8、1。 表 1 基准网观测时间 编号 工作内容 起止日期 1 首期基准网 2006.7.318.3 2 一期基准网 2006.8.288.30 3 二期基准网 2007.1.231.26 4 三期基准网 2007.9.49.8 5 四期基准网 2008.6.16.9 6 五期基准网 2008.10.510.14 7 六期基准网 2009.8.309.9 测量采用 4 台美国 Trimble 公司的 5700 双频测量型 GPS 接收机。仪器平面标称精度均为 mm+0.5ppm。外业数据采集 2 个时段，每时段300min，采样间隔 10s。基准网解算时利用 TTC 软件，采用 IGS 精密星历，

9、约束 II03 点的坐标进行平差，得到各基准点的 WGS84 地心坐标，转化为投影后的独立平面坐标。 七期基准网观测图形见图 2。 图 2-a 首期观测网形 图 2-b 一期观测网形 图 2-c 二、三期观测网形 图 2-d 四期观测网形 图 2-e 五期观测网形 图 2-f 六期观测网形 图 2 基准点各期观测网形 其中，2008 年 6 月 1 日9 日对基准网进行的 4 期观测，是在 2008年“5.12”纹川 8.0 级地震后，在无强烈余震时进行的，由于地震时测区有明显的震感，II03 作为起算点与 IGS 参考站进行了重新联测。联测后 II03 点坐标分量变化小于 0.05m，用原来

10、坐标作为网基线解算起算点对基线解算精度没有影响。 基准网各期自由网平差后的点位精度统计。从各期平差精度表 2 上可以看出，各期 GPS 观测数据质量是好的。 3 基准网的稳定性分析 3.1 只约束 II03 各期平差结果比较 基准网复测数据解算采用同一坐标系，约束基准点 II03 在首期独立坐标系下的坐标，解算其余基准点在此坐标系中的坐标与首期相比较(基准点 II07 是三、四期与二期的差，下同)，各方向差值，见表 3，表中结果显示基准点 II01、II02、II04、II05 及 II06 在水平方向差值微小（6mm） ，垂直方向略有微量变化，但总体上是稳定的。基准点 II07在水平方向及垂

11、直方向都存在一定量的位移，说明此基准点存在不稳定因素，在进行监测数据处理时作为工作基点使用。 表 2 基准网在 WGS84 系下各期的平差精度表 mm 点名 x y z 首 1 2 3 4 5 6 首 1 2 3 4 5 6 首 1 2 3 4 5 6 II01 1.9 1.4 1.4 4.1 0.9 1.4 1.8 2.6 2.0 1.8 6.0 1.3 3.0 3.3 2.3 1.3 1.4 5.1 0.9 2.1 2.3 II02 1.3 1.2 1.2 2.3 0.8 1.2 1.7 1.7 1.6 1.6 3.0 1.3 2.6 3.3 1.5 1.0 1.3 2.5 0.9 1.8

12、 2.3 II03 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0 0.0 0.0 0.0 II04 1.0 0.9 1.1 2.2 0.8 1.5 1.5 1.4 1.2 1.4 3.2 1.2 2.7 2.2 1.3 0.9 1.2 2.5 0.9 2.0 1.9 II05 1.2 0.9 1.1 2.4 0.9 1.4 1.4 1.5 1.2 1.4 3.6 1.3 2.7 1.8 1.5 0.9 1.3 3.0 1.1 2.1 1.7 II06 1.9 1.4 1.5 3.5 1.2 2.0 1

13、.9 2.4 1.9 1.9 6.1 1.8 4.0 3.0 2.2 1.4 1.7 4.1 1.4 2.9 2.6 II07 - - 1.8 3.9 1.3 - - - - 2.4 6.2 2.0 - - - - 1.8 5.0 1.3 - - II08 - - - - - 1.6 2.0 - - - - - 3.5 3.5 - - - - - 2.4 2.4 II09 - - - - - 2.0 2.3 - - - - - 4.2 3.9 - - - - - 3.0 2.7 表 3 后期复测约束一点与首期比较各方向差值表 mm 测点 II01 II02 II03 II04 II05 II0

14、6 II07 II08 II09 一期各方向 x -4.4 -1.5 0.0 0.7 1.1 6.2 y -4.1 -5.3 0.0 -1.5 1.3 -0.3 h 1.0 1.1 0.0 2.5 3.0 8.4 二期各方向 x -0.7 -1.4 0.0 1.1 -2.0 0.2 y -1.9 -2.4 0.0 -0.9 -1.1 -4.9 h -8.9 -7.4 0.0 -4.9 6.8 -6.2 三期各方向 x -6.6 -1.4 0.0 2.8 6.8 7.9 19.6 y -4.2 -1.6 0.0 0.6 1.5 -1.5 33.7 h -5.0 -3.8 0.0 -5.2 5.0

15、 -2.6 -21.9 四期各方向 x 1.1 5.7 0.0 0.2 0.3 1.4 50.1 y -3.3 -4.1 0.0 1.3 2.9 -2.6 64.8 h -4.2 -3.4 0.0 -6.3 8.6 -7.3 -53.6 五期各方向 x -5.1 0.8 0.0 0.4 1.1 5.1 y -1.2 -1.0 0.0 -3.0 -0.5 -3.6 h -8.2 -7.3 0.0 -6.3 9.8 -5.6 六期各方向 x -4.0 2.5 0.0 -1.3 2.8 7.8 1.5 2.4 y -5.3 -0.7 0.0 -1.2 2.9 1.9 -4.2 -1.3 h -3.8

16、 -1.9 0.0 -9.4 4.5 -6.1 7.3 5.1 3.2 基于稳定点组的坐标转换法各期结果比较 周期 m0 X 坐标分量 Y 坐标分量 Z 坐标分量 点名 m 点名 m 点名 m 1 1.9 II04 2.8 1.3 II05 2.3 1.9 II02 1.0 1.8 2 6.6 II05 4.1 1.6 II05 -12.1 2.1 II05 -7.4 2.0 3 3.9 II05 2.4 2.7 II05 -3.7 3.9 II05 -6.8 3.4 4 6.1 II05 4.1 1.5 II05 -11.8 2.0 II05 -6.1 1.9 5 8.6 II05 3.8

17、1.8 II05 -16.2 3.1 II05 -10.2 2.6 6 7.0 II05 4.6 1.8 II05 -10.9 2.3 II05 -7.3 2.3 为了进一步了解基准点的稳定性，采用七参数平差法，后期基准网解算约束首期基准点 II02、II03、II06 在独立坐标系下的坐标，每期平差值与首期之间的各方向坐标差值，见表 4，从表中可以看出II01、II04、II05 各方向坐标差满足限差要求，说明此 3 个基准点是比较稳定的。基准点 II07 发生了明显位移。 另外也采用相同的方法约束基准点 II01、II04、II06 或基准点II02、II03、II04 等多种措施，从中也

18、得出相同的结论，基准点 II07 存在一定的位移。2006 年 12 至 2008 年 8 月期间，在利用基准点 II07 解算草坪滑坡体的数据处理中，基准点 II07 作为工作基点（为直接观测变形点而在现场布设的相对稳定的测量控制点）使用，每期利用基准点II01、II02、II03 作为约束点，利用七参数平差法解算 II07 后作为已知点再解算草坪滑坡体的监测点。 3.3 稳定点组寻找与判断方法 以上 3.1 和 3.2 中的计算可以发现位移比较大的点位。基于上述思路和文献1，采用一种分两步走的方法来寻找相对不动(稳定)点组的方法，具有实用性：如果一组公共点在两期测量之间内部没有相对位移，但

19、由于两期测量计算坐标时所依据的参考系有变化而造成求得的坐标有变化，但这组点间的相对几何关系并没有改变，这样一组点就为相对稳定点组。 检验原则：参与坐标转换的公共点中，转换后当某点的坐标差大于该点坐标差的中误差（两期坐标中误差平方和的根方）的 3 倍，认为该点存在位移。 根据以上思路，利用自由网平差后做以下分析（其中为该期中坐标分量变化最大值，点名为对应 最大值的点名，m为该点坐标分量差的中误差，m0 为整体转换精度）： 将各期的 II01II06 共 6 个点作为公共点，各期和首期点的比较 表 5 六周期相对于首期的检验结果 mm 分析：从表 5 中可以看出 2到 6 期中 II05 点的坐标

20、 值差值，很大一部分大于 3 倍的坐标差的中误差。 但当以第 2 期数据作为起始数据，计算 3、4、5、6 周期相对于第 2周期，检验结果全部合格。见表 6 所示。说明 II05 点在首期到 2 期之间存在变化。这可能跟当时 II05 是新建观测墩，就开始进行首期测量有关。表 636 周期相对于 2 期的检验结果 mm 周期 m0 X 坐标分量 Y 坐标分量 Z 坐标分量 点名 m 点名 m 点 名 m 3 4.2 II02 6.0 2.6 II05 8.6 3.9 II06 -2.8 4.4 4 1.9 II02 1.4 1.4 II02 3.2 2.1 II02 -2.9 1.6 5 3.8 II02 4.2 1.7 II02 5.9 3.1 II04 4.2 2.3 6 3.6 II02 6.1 2.1 II04 -4.8 2.6 II02 -4.6 2.6