GNSS自动监测系统在深圳外环某边坡上的应用研究

GNSS自动监测系统在深圳外环某边坡上的应用研究

李治锟

中交二航局建筑科技有限公司   湖北武汉   430014

摘要：传统方法在边坡监测中，因其缺乏及时性、全面性，使其在工程建设中的缺点日益明显，威胁着工程安全。因此本文基于GNSS的特点，在介绍其优势的同时，结合实际案例，分析应用效果，为后续相关研究与应用提供帮助。

关键词：滑坡；GNSS；边坡监测；边坡治理；工程建设。

1引言

随着高速公路建设的飞速发展，边坡稳定性问题日益凸显，成为影响公路安全运营的关键因素之一[1]。尤其是在地形复杂、气候条件多变的地区，边坡的变形和滑移往往对道路结构产生严重影响，甚至导致交通中断和生命财产损失。因此，对高速公路高边坡进行实时、高精度的监测和预警，对于保障公路运营安全具有重要意义[2]。近年来，随着全球导航卫星系统（GNSS）技术的快速发展，其在高速公路高边坡监测中的应用逐渐受到广泛关注。

GNSS技术以其高精度、高效率、自动化程度高等优点，为高速公路高边坡监测提供了一种新的解决方案。通过在边坡上安装GNSS监测仪，可以实时获取边坡的位移变化信息，并通过数据处理和分析，对边坡的稳定性进行评估和预警。这一技术的应用，不仅可以实现对边坡变形的连续、实时监测，而且能够提高监测的精度和效率，为高速公路的安全运营提供有力保障[3]。

因此本文旨在探讨GNSS技术在高速公路高边坡监测中的应用，通过结合实际案例分析，总结其在监测过程中的优势，并展望其未来的发展趋势。

2GNSS技术概述

2.1GNSS监测原理

在高速公路高边坡监测中，GNSS技术主要通过接收卫星信号，实时获取边坡上监测点的三维坐标信息，进而分析边坡的变形情况。通过布设一定数量的GNSS监测点，可以实现对边坡整体变形的连续、实时监测。同时，结合其他监测手段（如倾斜仪、应变计等），可以获取更加全面、准确的边坡变形数据。

2.2GNSS监测方法

（1）静态监测：在边坡上选择具有代表性的监测点，安装GNSS接收机进行静态观测。通过长时间的数据采集和处理，获取监测点的精确三维坐标，进而分析边坡的变形情况。静态监测具有精度高、稳定性好的优点，但数据采集周期长，实时性较差。

（2）动态监测：在边坡上布设一定数量的GNSS接收机，进行实时动态观测。通过实时接收卫星信号，获取监测点的三维坐标信息，进而分析边坡的变形情况。动态监测具有实时性好、数据采集周期短的优点，但精度略低于静态监测。

（3）差分监测：利用GNSS差分技术，消除卫星信号传播过程中的误差，提高监测精度。差分监测分为单站差分和站间差分两种，其中站间差分利用两个或多个监测站之间的相对位置关系，消除共同误差，提高监测精度。

2.3GNSS的监测步骤

GNSS在边坡监测中主要分为以下步骤：

（1）监测点选址与设备安装：根据高速公路高边坡的地形地貌、地质条件等因素，选择合适的监测点位置，以保证GNSS信号的稳定接收[5]。

（2）数据采集：启动GNSS接收机进行数据采集。在静态监测中，需长时间连续观测；在动态监测中，可根据需要设置采样间隔进行实时观测。

（3）数据处理：对采集到的GNSS数据进行处理和分析，包括坐标转换、误差消除、数据滤波等步骤，以获取准确的边坡变形信息。

（4）结果分析：根据处理后的数据，分析边坡的变形情况，包括变形量、变形速率、变形方向等。

3深圳外环某边坡的GNSS实例应用分析

3.1研究区域概况

研究区位于深圳外环高速长圳停车区以东500m处，边坡出现滑移现象，对周边建（构）筑物存在巨大危害性，为保障现场安全，项目方案使用北斗高精度定位系统、拉线位移计对监测区内的边坡进行自动化实时监测，时刻掌握其位移和裂缝发展情况，根据监测的位移和裂缝发展情况提供预警信息。

3.2GNSS的现场布置

考虑到监测数据的多样性，为配合GNSS数据的采集，同时结合潜在滑动面的形态分析，在GNSS安装的基础上增加拉绳位移计，协同采集边坡位移变化情况。首先在整个观测范围以外稳定的地段布设1个测基准点。并根据沉降区的具体情况，建立监测基准网，共布设5个边坡表面位移监测点。具体布置图如下图2。

图2. GNSS布置图

3.3监测结果分析及边坡治理

通过搭建GNSS监测数据采集平台，实现将GNSS监测数据和拉绳位移计监测数据进行可视化处理，显示具体内容包括各点位位移变化量累计值、24小时内变化量曲线图等。在监测时间内实现30分钟的一次数据采集。

深圳市于2022年8月3日至2022年8月11日间持续强降雨，期间GNSS监测平台时刻采集着各点位位移变化量。通过数据总结分析，于2022年8月13日晚向施工方发出警惕提示。其中GNSS的2号点位采集的数据图如下图3所示。从图中可以看出，因强降雨导致边坡8月13日水平位移X、Y的单日位移量为9.4mm与7.7mm，远超超预警值5mm/d。遂及时通知施工方与设计方，在结合边坡情况后，及时采取坡脚反压等处理措施。2022年8月15日，因监测的准确和及时，在预警出现的第2天，边坡位移变化量恢复稳定。确保后续的施工进度，工程最终如期顺利完成。

图3. GNSS监测数据图

4结论

本文基于GNSS技术，构建GNSS边坡位移监测平台，对深圳某外环边坡治理项目进行24小时全天候边坡表面位移、地表裂缝监测，实现了监测区段全覆盖。及时准确的监测数据，使得设计单位及施工单位在边坡位移出现预警后，可以针对不同点位进行具体治理方案选择，使得预警在仅仅一天后消除，位移量恢复稳定。反映出GNSS监测技术在边坡监测中的可行性、高效性、经济性，可为工程建设提供保障。
 

参考文献

[1]屈战辉,王和平,杨利峰,等.基于GNSS技术的G312国道公路边坡稳定性研究[J].公路,2022,67(10):55-62.

[2]陈孜,黄观文,白正伟,等.基于低成本毫米级GNSS技术的膨胀土边坡现场监测[J].中南大学学报(自然科学版),2022,53(01):214-224.

[3]苏金亮,黎盟,艾露,等.基于北斗GNSS的边坡自动化实时监测数据处理及变形预测方法[J].水电能源科学,2022,40(05):146-150.

[4]王慧敏,罗忠行,肖映城,等.基于GNSS技术的高速公路边坡自动化监测系统[J].中国地质灾害与防治学报,2020,31(06):60-68.

[5]崔春晓,朱自强,杨光轩,等.基于GNSS技术的排土场边坡监测及稳定性研究[J].中国矿业,2020,29(03):94-99.