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滑坡灾害中GNSS自动化监测预警系统技术

浅析

作者：吴忠银

来源：《西部资源》2021年第05期

摘要：地质灾害影响着人类的生产和生活，对人类造成的危害极大。因此，地质灾害的监

测预警意义重大。地质灾害中，以山体滑坡较为常见，对其预警更值得重视。因GNSS自动化

监测预警系统精度高、对空间通视要求低等特点被广泛用于各工程测量中。文章综合分析了

GNSS系统的工作原理，并列举了贵州省大方县德兴煤矿滑坡中GNSS系统的运用，验证了该

系统的实用性与可靠性。随着信息技术的发展，提升GNSS自动化监测预警系统在地质灾害中

的应用水平，在此基础上研发新的预警系统，对今后的地质灾害监测预警具有重要意义。

关键词：滑坡；地质灾害；GNSS；监测预警

引言1.

地质灾害已给人类留下诸多悲痛记忆，威胁着人类的生命和财产安全，如2008年汶川大

地震，2010年甘肃舟曲泥石流，2013年镇雄县滑坡，2019年水城滑坡等。2010年至2018

年，中国地质灾害有减少趋势[1、2]。据《中国统计年鉴》，2017年全国发生地质灾害数量为

7521处，其中滑坡为主要地质灾害，有5524处。西南地区地貌主要为高原和山地，极易发生

滑坡、崩塌和泥石流等地质灾害。2013年1月11日，云南省镇雄县发生山体滑坡，果珠乡高

坡村赵家沟组60多间屋宇被毁，46人罹难[3]。2019年7月23日，贵州省水城县特大型山体

滑坡，鸡场镇坪地村岔沟组21栋房屋被埋，51人遇难[4]。可见，在西南地区，滑坡对人类的

危害尤为严重，对生命和财产都造成了巨大的损失，因此，对于不同地质灾害隐患点，尤其是

滑坡，创建一套自动化实时监测系统，并能科学有效地预测预报非常必要。

GPS技术适用于斜坡体地表位移变形不同阶段三维监测[5、6]，最高测量精度达到毫米，

采样频率可达到20Hz，位移可以实时读取，GPS测量接收器适应复杂和恶劣的工作环境[7]。

因此，GPS技术不仅广泛应用于精密工程测量、石油勘探、大地测量等领域，也被用于对滑坡

体等地形变形监测。随着GPS系统技术的进步和完善，GPS技术逐渐转变为多系统融合的

GNSS技术[8]。GNSS，全球导航卫星系统（全称：GlobalNavigationSatelliteSystem），主要

指美国的GPS（GlobalPositioningSystem，全球定位系统）、俄罗斯的全球卫星导航系统

GLONSSS、欧洲的Galileo和中国的BDS（北斗导航定位系统）[9]。

GNSS自动化监测系统代替传统的监测手段，其高精度、自动化、全天候实时监测并评

价、预测等特点，集合新一代信息技术，不断完善GNSS自动化监测预警系统，对以后山体滑

坡、崩塌、泥石流等地质灾害监测预警具有重要意义。

2.GNSS自动化监测系统工作原理

GPS系统是最早的全球定位导航系统，由24颗定位卫星组成，平均分布在以每60°为一个

间隔的6个轨道上，每个轨道由4颗卫星组成，在任意时间和任意位置，都可以由同时来自4

颗卫星发射的信号，进行瞬时定位，现卫星数量多至32颗[10]。由于受卫星轨道误差、电离

层、对流层卫星钟差、多路径接收机综合误差等对定位精确度的影响，绝对定位精度不达标，

故采用差分全球定位系统，英文全称为DifferentialGlobalPositionSystem，即DGPS技术，能

更高精度地进行定位测量[11]。若要进一步提高定位精度，可采用载波相位差分技术（Real

TimeKinematic），即RTK技术，可得到观测点的三维坐标数据[12]。GPS差分工作原理

[13]：两个或多个测站之间的定位，一台GPS接收机处于基准站（参考站），其坐标为已知精

密坐标，和其他移动站同时观测了同一组卫星（至少4颗），基准站位置已知，通过数据连

接，移动站的位置坐标就得以确定（图1）。具体定位原理示意图如下：

DGPS由已知地面基準站和测区移动站组成，通过在区域内已知地面控制点记录卫星定位

信息（一般情况下，地面控制点与待测点距离小于25km），与控制点坐标对比处理，得到纠

正量，以此纠正量纠正待测点得到更精确的坐标测量值。

GNSS定位技术进行滑坡自动化监测对测站空间要求低，无需保持通视，