1、岩石工程测试与监测论文题目：浅析边坡变形监测的新技术浅析边坡变形监测的新技术摘要针对传统的边坡监测技术存在着精度低、耐久性差、难以实现集成等缺陷，和边坡工程的特点，本文主要介绍了 GPS-RTK 测量技术、近景摄影测量技术、光纤监测技术 3 种方法及其测量的原理、方法、优缺点，并详细介绍了光纤监测技术在实际工程中的应用。关键词：GPS-RTK 测量技术、近景摄影测量技术、光纤监测技术1一 引言1.1 研究现状我们陆地面积 900 多万平房公里，幅员辽阔，地质环境条件及其复杂。滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害，与洪水、地震等自然界大型灾害给国家生产经济和人民生命财产安全带来了相当严重的损失。滑坡、崩
2、塌、泥石流等地质灾害，对人类社会发展和经济建设的危害性巨大的，在全球各个国家和地区，每年滑坡等地质灾害带来的直接活间接的经济损失都达数十亿美元。我们国家是发生滑坡地质灾害非常频繁的国家，特别是在我国的西南部。受青藏高原第四纪以来大陆板块持续隆升的影响，在青藏高原、云贵高原和四川盆地之间形成了巨大地形坡降带，这就形成了我国大陆的地势从西向东急剧骤降的特点1。在最近的一百年时间以来，我们国家大部分中大型滑坡灾害都发生在青藏高原与四川盆地和云贵高原的过渡地带，这些灾难性的滑坡灾害的发生，在世界范围内都具有典型性和代表性。滑坡灾害造成的经济损失和人员伤亡历历在目，为了保障我们国家的经济建设快速、平稳、
3、安全的发展和人民的生命财产安全，我们国家在一些易发生滑坡灾害的地区设置了监测点，事实证明，用监测的手段来预警滑坡灾害以避免造成更大的损失，这些预防手段是可行的，并且也己经取得了一定的成效。因而，定期对实验边2坡进行监测，通过对监测到的数据进行分析得到边坡的细微变形信息，以便更好的对边坡进行维护和处理变得越来越重要。1.2 边坡变形监侧的作用在土木工程各个建设领域中，通过边坡工程的监测，可以起到以下作用2。（1）评价边坡施工及其使用过程中边坡的稳定程度，并作出有关预报，为业主、施工方及监理提供预报数据，跟踪和控制施工进程，对原有的设计和施工组织的改进提供最直接的依据，对可能出现的险情及时提供报警
4、值，合理采用和调整有关施工工艺和步骤，做到信息化施工和取得最佳经济效益。（2）为防止滑坡及可能的滑动和蠕变提供技术依据。预测和预报滑坡的边界条件、规模滑动方向、发生时间及危害程度，并及时采取措施，以尽量避免和减轻灾害损失。（3）对已经发生滑动破坏和加固处理后的滑坡，监测结果也是检验崩塌、滑坡分析评价及滑坡处理工程效果的尺度。（4）为进行有关位移分析及数值模拟计算提供参数。1.3 部分监测仪器3图 1.1 位移传感器 图 1.2 加速度传感器图 1.3 力传感器二 GPS-RTK 测量技术2.1 GPS-RTK 测量原理RTK 是 GPS 实时动态测量的简称，又称载波相位差分技术，是实时处理两个
5、测站载波相位观测量的差分方法。需要至少两台 GPS接收机，在己知点上设置一台 GPS 接收机作为基准站，并将一些必要的数据，如基准站坐标、高程、坐标转换参数等输入 GPS 手簿，一至多台 GPS 接收机设置为流动站，共同跟踪 5 颗以上卫星。基准站和流动站同时接收卫星信号，基准站将接收到的卫星信号通过基准站电台发送到流动站，流动站将接收到的卫星信号与基准站发来的信号传输到控制手簿进行实时差分及平差处理，实时得到本站的坐标和高程及其实测精度，并随时将实测精度和预设精度指标进行比较，一旦实测精度达到预设精度指标，手簿将提示测量人员是否接受该成果，接手后手簿将测得的坐标、高程及精度同时记录于手簿中3
6、。4移动站可处于静态，也可处于动态，可在一个固定点上进行初始化后进入动态工作，也可以在动态条件下进行初始化(须有动态初始化 On 一 The 一 Fly，简称 OTF 功能接收机）移动站与基准站测量范围距离一般在 15 km 以内，实时三维定位精度可达厘米级。我们在德兴铜矿露天矿山测量中使用的是南方灵锐 S86(1 +3)接收机，其技术指标为:双频主机、天线，RTK 电台一体化。图 2.1 GPS 相对定位原理2.2 GPS-RTK 技术的在矿上测量中的工作流程（1）首先要收集测区的已有的控制点的资料。这些资料主要有:测区已知的控制点坐标、高程数据、相应的等级的测量规范、测区的坐标系信息、测区
7、的地形图和控制点的位置参考图、中央子午线、已有的坐标系使用情况等。另外，如果没有已知的控制点数据，必须建立 GPS 控制网。同时控制点的空间分布应该比较均匀，数量不低于 4-5 个。5（2）测区的坐标转换参数的求解过程。由于利用 GPS 所获得的坐标是 WCS-84 坐标系下的三维坐标，而一般矿上测量所需的坐标是地方坐标下的坐标，所以要进行坐标的相互转换。可利用已知控制点的地方坐标和测得的 WCS-84 坐标在后处理软件中进行坐标参数的计算，直接得到指定坐标系下的三维坐标。（3）基准站和流动站的参数设置。在 GPS-RTK 测量模式下，其坐标精度与流动站和基准站的距离有关，也与流动站接收信号的
8、强度有关。所以对于基准站的位置选择最好在位置相对比较高的地方，并且尽量在测区的中心位置，同时，比较开阔，不影响卫星信号的接收，如果测区比较大，可利用外置电台增加基准站信号的发射频率。（4）外业实测。利用已经架设好的基准站，尤其是当基准站满足接收的卫星目标的数量要求，即可启动流动站进行测量，当流动站接收机满足观测条件，即可进行 RTK 的外业数据采集。同时，注意文件命名、观测参数设置的一些细节问题4。2.3 采用 GPS-RTK 技术的优势:（1）各监测站间无需通视，是相互独立的观测值;（2）可全天候工作。GPS 监测工作可以在任何地点、任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响;（3）定位精度
9、高。采用 GPS 一 RTK 技术采集的每一个点都为独立观测点，不存在误差积累，而且数据安全可靠。只要满足 RTK 的6基本工作条件，在一定的作业半径范围内，RTK 的平面精度就能够达到厘米级，满足位移监测需要;（4）操作方便。GPS 监测的自动化程度高，监测人员主要任务是安装并开关仪器、量取仪器天线的高度和监视仪器工作状态，而其它观测工作如卫星捕捉、跟踪、观测等均由仪器自动完成，故用户可以方便地把 GPS 监测系统建成无人值守的自动监测系统，从而实现连续、动态、实时地监测，大大提高了监测的实际效果。无疑，GPS 技术的发展和广泛应用为露天矿高陡边坡的实时动态监测和安全预警技术的研究开辟了一条
10、新的有效途径5。三 近景摄影测量技术3.1 近景摄影测量简介近景摄影测量是指应用特定的摄影设备，对 100 米距离内的目标物体的外形特征进行测量的技术。随着数码及信息技术的快速发展，土建工程施工规模不断扩大化，它己成为施工中边坡检测的首选技术。7图 3.1 用于监测的图像和近景测量法得到的数据图 3.2 三维激光扫描仪3.2 近景摄影测量原理基于共线条件方程式的近景像片解析处理方法，是解析近景摄影测量中最重要、使用最为广泛的方法，也是数字近景摄影测量的重要运算方法6。（1）共线条件方程式的分析8（1）上述共线条件方程式，是描述摄影中心 S、像点 a 及物点 A 位于一直线上的关系式。（2）在给定的物方空间坐标系 D-XYZ 中，物点的坐标为（X,Y,Z），摄影中心 S 的坐标为(Xs, Ys,Zs)。在选取的像片坐标系 c-xy 中，主点的坐标为 ，像点 a 的坐标为(x,y)，像片的)y(x0，主距为 f。像片(光束)P 在物方空间坐标系 D-XYZ 中的朝向(方位），以（,）定义，方向余弦（ ）是它们的函数。3,21,icbi物点 A 在像空间坐标系 S-xyz 中的坐标为（X,Y,Z）。见共线条件方程式示意图。（3）像点 a 在成像过程中存在某种系统误差，其改正数( )添yx,加在式(1)的左方。
