地质灾害高精度GPS监测关键技术研究

冯晓

（甘肃省测绘工程院  甘肃省兰州市730050）

文章已被矿山测量杂志社录用，矿山测量杂志投稿网址链接：http://www.zazhi114.cn/kuangshanceliang

摘要：地质灾害在我们国家是非常严重的一项自然灾害，因此利用高精度GPS对地质灾害进行监测是非常有必要的。目的：对地质灾害中利用的高精度GPS监测关键技术进行研究。方法：利用多种地质灾害监测方法进行对比。结论：利用高精度GPS技术对地质灾害能够进行有效的监测。

关键词：地质灾害；高精度GPS；监测关键技术；分析研究

中图分类号：p228     文献标识码：D

Research on key Technologies of High Precision GPS Monitoring for Geological hazards

FENG XIAO

Gansu Provincial surveying and Mapping Engineering Institute, Lanzhou City, Gansu Province 730050)

Abstract: geological hazard is a very serious natural disaster in our country, so it is necessary to use high precision GPS to monitor geology. Objective: to study the key techniques of high-precision GPS monitoring in geological hazards. Methods: a variety of geological hazard monitoring methods were compared. Conclusion: high-precision GPS technique can be used to monitor geological hazards effectively.

Keywords: geological hazard; key technology of high precision GPS; detection; analysis and research

引言

由于我国的地理条件较复杂，每年都会发生数起如山体滑坡，地面裂缝以及泥石流等地质灾害，这无疑给人们的生活造成严重的影响，并且灾情严重的时候甚至会威胁人民群众的生命。到目前为止，地质灾害中已经开始应用GPS技术进行监测，还需要对系统仔细分析才能更好的运用高精度GPS监测关键技术，实现人类对地质灾害的检测以及对地质灾害的预警，从而对人民群众的生命财产安全进行有效的保护，更进一步的解决高精度GPS在检测中存在的关键技术问题。

一、高精度GPS在地质灾害监测中的运用情况

自从我国出现GPS卫星之后，就获得了人们的认可，并且被广泛应用在地质灾害的监测中，这主要是因为GPS技术具备很多的优点。

并且很长时间以来，先进的GPS技术在地质灾害的监测工作中已经成为了不可或缺的一部分，GPS技术应用在滑坡、崩塌、泥石流和地面裂缝等地质灾害的调查、监测以及研究当中，发挥着不可磨灭的作用，为大型工程建设的环境灾害调查及防灾减灾工作做出了重要贡献。以下几点主要是介绍GPS所具备的优点：

1、GPS实现了高精度定位

利用高精度GPS数据处理软件和精密星历对检测数据进行高精度的处理，中短边的误差比0.00000014还要小，长边的误差小于0.0000000018，当基线长度小于五十千米的时候其相对定位精度可以达到0.000012，而基线的长度在一百到一百五千米之间其相对精度就能达到0.000001到0.0000001，可以说误差是非常的小。

2、GPS解决了测站之间的通视问题

对测站间进行通视是大地测量技术方面的难点，而GPS技术的基本要求就是能够确保测站接受GPS卫星信号不受到干扰，而在常规的检测中必须保证控制网有良好的几何构图，GPS则没有了这项要求的约束，就可以让测站点的选位变得更加灵活，这也成为GPS在全球的覆盖率非常高的原因之一，并且利用GPS技术进行定位的时候，测站点之间不需要保持通视，因此在进行变形监测网的布设时更加的自由、方便，并且不需要人工去进行建标，这样节省了大量的人力与物力。

3、GPS可以实现全天候观测并且其连续性非常强

当基线小于20千米的情况下，GPS卫星定位只需要五秒钟的观测时间，利用GPS技术进行测量的时候，完全不会受天气的影响，哪怕是特别恶劣的天气也不影响测量，因此这对地质灾害的监测是非常有帮助的。

4、GPS可以同时测定点的三维坐标

在变形监测时采用传统的大地测量方法进行，并且平面位移最常用的方法是方向交汇，距离交汇，全站仪极坐标法等手段来测定。而GPS定位技术的利用可以同时测变形时定点的三维位移。

5、GPS定位的高效性

GPS定位系统的技术比较成熟，操作起来十分方便，在很多方面都会应用到，GPS定位系统具有超高自动化的检测能力，而且其功能十分多，观测速度也比较快，若是在野外进行会达到十分高的效率，并且GPS定位系统还可以利用快速定位软件来获得高精度观测点的三维坐标。

6、GPS进行监测过程中的关键技术问题

目前这个阶段我们国家的GPS在地质灾害检测的运用方面其技术和系统并不成熟，GPS在快速定位和高精度确定的方面仍然存在一些问题，下面我们来详细分析GPS进行检测时存在哪些关键技术问题。

1、GPS在定位时的误差所产生的问题

运用GPS进行高精度定位检测的过程中会有很多的形象因素存在，然而现在卫星星历的误差以及美国的SA政策就是现在最主要的影响因素，卫星的钟差以及在传播过程中的电离层延迟，还有接收机存在钟差，这是由于接收机的天线相位中心存在偏差等等因素而导致的。目前主要是研究卫星星历和对流层延迟的误差因素，对其影响检测结果的规律进行讨论，并且提出应该采用精密星历和改正对流层延迟模型的建议，如果是基线比较长或者测站点的间距高差比较大的情况要运用基线向量进行数据的解算。

2、GPS在判断观测环境和接收机质量上存在的问题

在进行静态检测的过程中运用GPS定位系统会受到环境所带来的影响，所以在静态检测的过程中一定要保证接收机可以接收到良好的信息，GPS在进行控制网布设的时候，对于其网形要进行一定的合理设计，不仅要保证控制网的设计方便通视，更将方便实用和观测作为重点，在进行远点的时候尽量选择在视野开阔的地方，并且还要注意交通是否便利，像山顶和河边这样的地方必定要避免。另外在判断接收机的质量时，目前就是采取时间序列的方法对接收机的质量以及性能进行检验，用这个方法来检验接收机的性能，保证数据的传送是精密准确的。

3、GPS存在适用性的问题

GPS在地质灾害检测中的运用使各界都认可GPS定位系统，但是对GPS缺乏足够的研究以及实践来证明，造成了没有办法验证GPS的适用性，因此也无法充分的发挥GPS自身的优势功能。比如说在地面沉降和缓变形地质灾害的检测问题上就利用PPP技术进行处理，需要怎样的数据处理分析和技术提高才能达到让静态PPP技术在大范围的高精度地质灾害形变检测工作中完全适用，除此之外，常规的野外检测作业被GPS所取代也是未来的一种趋势，值得进一步研究和探讨。

4、GPS在静态检测技术上存在的相关问题

精密单点定位技术用PPP来表示，适用于验证之后引发的衍生问题，包括怎样将其定位精度，收敛速度以及定位的可靠性提高，这也是目前研究人员在实践的过程中所提出的问题，这是一种无模糊度的PPP定位算法，是在基准站改正信息和历元差分完善的基础上提出来的，将PPP技术的收敛时间大幅度的缩短了，将精密单点定位技术的定位精度，收敛速度以及其定位的可靠性都提高上去。

二、在地质灾害监测中高精度GPS的运用

1、高精度GPS在地质灾害监测中的实施思路

为了能够保证GPS技术能够在地质灾害的监测工作当中发挥其最大的自身优势并发挥出最积极的作用，就必须在地质灾害的监测工作开展之前，根据现场的实际情况来规划高精度的GPS技术在地质灾害监测工作中的具体实施思路。

1.1GPS布点

GPS布点的第一步就要实地考察那些实施监测的地形，保证选择的点可以反映出地形形变的方向，还要能够反映出地形的变形量，另外还要反映出形变的范围以及其变形速率。对地形进行考察的时候，先埋设好标石，并且要确保标石的稳定，标石之间的距离要根据实际情况来设置，标石的四周不能有任何的障碍物，才可以保证GPS的观测正常进行。

1.2制定监测计划表

在开始之前，要根据地形来判断地质灾害发生的可能性有多大，并且以这个作为依据确定出合理的监测周期，将观测计划拟定出来，在作业中将GPS卫星星历可见性预报表编制出来，并且找到最适合监测的时间段进行严密的监测。

1.3实施监测

必须根据实际情况进行实施监测，一般来说是采用快速动态的观测模式进行监测，在系统初始化之后，其观测时间不能少于十五秒钟，卫星接收不能少于五颗。

2、高精度GPS和其他系统的交叉运用

高精度GPS定位监测最终是要运用于更大规模的范围之内的地质灾害监测之中的，所以加强高精度GPS和其他系统的交叉运用是势在必行的，其他系统包括地理信息系统GIS，遥测系统TS，还有专家系统ES为核心的4S技术以及全球定位系统GPS等等，高精度GPS要和这些系统相互结合，才能建立一套科学有序的地理信息管理体系，高精度的GPS技术其主要的作用就是对地理信息进行有效的采集，并且GPS技术科学规范，又是在计算机的基础上进行应用的，因此所提供的数据具有一定的准确性，为了能够得到更加准确的数据就必须对GPS技术进行提高，从而才能够为工作人员提供更加准确可靠的数据。信息采集就是在地质灾害监测数据中采集采用GPS，嵌入式软硬件，传感器以及多媒体等技术来实现地表位移，裂缝位移以及水位，压力等等，并且以此同时还可以人工录入群测群防监测数据以及巡查报告。

地质灾害的预测预警工作主要是以防为主，所以利用GPS定位系统对观测点进行检测，可以实现全天候并且具有连续性的检测，帮助测点完成高精度的数据分析，将地质环境工程工作的整体效率以及质量提高上来，保证对地质灾害的检测和预警预报工作顺利进行，并且制定出行之有效的应急方案来保证广大人民群众的生命健康和财产安全。

结束语

根据以上描述，GPS在未来一定会被人们广泛应用于地质灾害检测的各个层面中，将常规的地质灾害检测手段取代，因为GPS技术具有独有的优势，是常规的地质灾害检测手段所不具备的，并且利用GPS技术可以将我国地理信息管理体系进一步的完善。

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