開頂滑坡體在快速滑移期極易引發(fā)災(zāi)害，對工程建設(shè)和人民生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。然而，開頂滑坡體快速滑移期的監(jiān)測預(yù)警面臨位移速率高、破壞性強(qiáng)等困難。本文提出利用GNSS監(jiān)測技術(shù)建立開頂滑坡體快速滑移期的監(jiān)測系統(tǒng)。通過合理設(shè)計(jì)監(jiān)測點(diǎn)位布設(shè)方案和數(shù)據(jù)采集傳輸方案，并開展滑坡體位移時(shí)序特征和加速度變化規(guī)律分析，實(shí)現(xiàn)開頂滑坡體快速滑移期的實(shí)時(shí)、高精度、全方位監(jiān)測，為滑坡災(zāi)害預(yù)警和防治提供關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支撐，最大限度減輕滑坡災(zāi)害損失。

一、GNSS監(jiān)測技術(shù)在滑坡體位移監(jiān)測中的優(yōu)勢

GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）監(jiān)測技術(shù)是利用GPS、GLONASS、Galileo等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對地表目標(biāo)進(jìn)行高精度位置監(jiān)測的技術(shù)。與傳統(tǒng)的測量方法相比，GNSS監(jiān)測技術(shù)具有顯著優(yōu)勢。首先，GNSS監(jiān)測技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)毫米級的位移監(jiān)測精度，滿足滑坡體位移監(jiān)測的高精度要求。其次，GNSS接收機(jī)可以全天候、全天時(shí)連續(xù)工作，實(shí)現(xiàn)滑坡體位移的實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測。此外，GNSS接收機(jī)體積小、重量輕、易于安裝，可以方便地布設(shè)在滑坡體的關(guān)鍵位置。GNSS監(jiān)測技術(shù)還具有數(shù)據(jù)傳輸方便、數(shù)據(jù)處理自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)?；谝陨蟽?yōu)勢，GNSS監(jiān)測技術(shù)在滑坡體位移監(jiān)測中得到了廣泛應(yīng)用，為滑坡災(zāi)害預(yù)警和防治提供了重要技術(shù)支撐。

二、開頂滑坡體快速滑移期的GNSS監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）監(jiān)測點(diǎn)位選擇與布設(shè)

開頂滑坡體快速滑移期的GNSS監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要綜合考慮多方面因素，其中監(jiān)測點(diǎn)位的選擇和布設(shè)直接關(guān)系到監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可靠性。首先，監(jiān)測點(diǎn)位的選擇需要充分考慮滑坡體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征、滑移方向、滑移速率等關(guān)鍵因素。通過前期的地質(zhì)調(diào)查和勘探，深入分析滑坡體的空間結(jié)構(gòu)和運(yùn)動學(xué)特征，在此基礎(chǔ)上選擇能夠代表滑坡體整體變形特征的關(guān)鍵部位布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，如滑坡體的頭部、中部、腳部等。同時(shí)，還應(yīng)在滑坡體穩(wěn)定區(qū)域布設(shè)若干基準(zhǔn)點(diǎn)，作為GNSS監(jiān)測數(shù)據(jù)的參考。在選擇GNSS接收機(jī)時(shí)，需要綜合考慮監(jiān)測精度、采樣頻率、數(shù)據(jù)格式等技術(shù)指標(biāo)。為滿足開頂滑坡體快速滑移監(jiān)測的高精度要求，GNSS接收機(jī)應(yīng)采用多頻（如GPSL1/L2/L5，GLONASSL1/L2，BDSB1/B2/B3等）、多模（如GPS、GLONASS、BDS、Galileo等）、多通道（如220通道以上）的型號，支持多個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的聯(lián)合定位，以提高定位精度和可靠性。接收機(jī)的數(shù)據(jù)采樣頻率應(yīng)不低于20Hz，以滿足滑坡體快速位移變化監(jiān)測的需求。數(shù)據(jù)格式應(yīng)支持RINEX2.x/3.x、BINEX等通用格式，并具備原始觀測數(shù)據(jù)、導(dǎo)航電文等多種數(shù)據(jù)輸出形式，便于數(shù)據(jù)的傳輸、存儲和后處理分析。接收機(jī)還應(yīng)支持NMEA0183、PPS等標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)與其他監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)對時(shí)和同步。其次，在具體布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)時(shí)，需要重點(diǎn)關(guān)注GNSS接收機(jī)的視場條件和安裝穩(wěn)定性。監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)綜合考慮滑坡體的幾何形態(tài)、運(yùn)動特征和潛在滑裂面位置等因素。一般應(yīng)在滑坡體縱向和橫向布設(shè)多個(gè)剖面，每個(gè)剖面布設(shè)3—5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)間距應(yīng)根據(jù)滑坡體尺度和變形特征合理設(shè)置，一般為10—50m。同時(shí)，監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)盡量布設(shè)在視場開闊、地形條件相對穩(wěn)定的區(qū)域，避免周圍存在高大樹木、陡峭崖壁等遮擋物，以提高GNSS信號接收質(zhì)量和定位精度。

（二）數(shù)據(jù)采集與傳輸方案

為評估GNSS監(jiān)測系統(tǒng)的性能，需重點(diǎn)關(guān)注數(shù)據(jù)采集的精度、可靠性和實(shí)時(shí)性等指標(biāo)。通過開展系統(tǒng)性能測試和誤差分析，可以全面評估系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特性、數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延、定位精度等關(guān)鍵指標(biāo)，進(jìn)一步論證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性和可靠性。例如，通過在滑坡體不同位置進(jìn)行多期動態(tài)位移控制測試，分析GNSS監(jiān)測系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特性和定位精度；通過在不同數(shù)據(jù)傳輸方案下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸測試，評估數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延和丟包率；通過長期連續(xù)運(yùn)行測試，評估系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。此外，數(shù)據(jù)采集的可靠性影響到監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)性和完整性，可通過配置UPS電源和大容量存儲設(shè)備來保證。數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性取決于數(shù)據(jù)傳輸鏈路的時(shí)延和帶寬，可通過優(yōu)選傳輸網(wǎng)絡(luò)和合理設(shè)置數(shù)據(jù)打包發(fā)送間隔來實(shí)現(xiàn)。在數(shù)據(jù)采集和傳輸過程中，可能存在多種誤差來源，如多路徑效應(yīng)等，需采取多系統(tǒng)聯(lián)合定位、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制等措施加以控制。同時(shí)，考慮到滑坡體快速滑移可能引發(fā)通信中斷，GNSS接收機(jī)需具備數(shù)據(jù)存儲能力，以在通信中斷期間持續(xù)記錄數(shù)據(jù)，待通信恢復(fù)后再補(bǔ)傳，保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性和完整性。在數(shù)據(jù)傳輸方面，GPRS、4G等無線傳輸技術(shù)可以滿足GNSS監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸需求，但在復(fù)雜地形條件下可能出現(xiàn)盲區(qū)，影響傳輸穩(wěn)定性，需要配置不間斷電源保證傳輸設(shè)備持續(xù)運(yùn)行，并建立衛(wèi)星通信等備份數(shù)據(jù)傳輸通道，提高可靠性。

三、基于GNSS監(jiān)測數(shù)據(jù)的開頂滑坡體快速滑移特征分析

（一）滑坡體三維位移時(shí)序特征

GNSS監(jiān)測技術(shù)可持續(xù)獲取滑坡體表面各監(jiān)測點(diǎn)的三維位移時(shí)間序列，為開展滑坡體位移時(shí)序特征分析提供重要數(shù)據(jù)支撐。通過對GNSS監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，可精細(xì)刻畫滑坡體在快速滑移期的三維位移演化過程。首先，對各監(jiān)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)時(shí)間序列進(jìn)行分解，提取滑坡體位移在水平和垂直方向的分量，分析位移分量的時(shí)間演化規(guī)律，揭示滑坡體在不同方向上的非線性位移響應(yīng)特征，判斷主導(dǎo)位移方向和運(yùn)動學(xué)模式。為更全面、立體地刻畫滑坡體的變形特征，可進(jìn)一步融合InSAR、地面三維激光掃描、無人機(jī)攝影測量等多源監(jiān)測數(shù)據(jù)。InSAR技術(shù)可提供滑坡體表面的大范圍、高密度位移場信息，揭示滑坡體變形的空間分布規(guī)律；地面三維激光掃描可獲取滑坡體高精度的三維點(diǎn)云模型，精細(xì)刻畫滑坡體的地表形態(tài)變化；無人機(jī)攝影測量可獲取滑坡體的高分辨率正射影像和三維模型，直觀表達(dá)滑坡體的地表景觀特征。通過綜合分析GNSS、InSAR、激光掃描、攝影測量等多源監(jiān)測數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)對滑坡體變形特征的立體化、多尺度刻畫，全面認(rèn)識滑坡體變形的時(shí)空演化規(guī)律。此外，采用小波分析、Hilbert-Huang變換等先進(jìn)信號處理方法，可深入挖掘滑坡體位移時(shí)序的多尺度變化特征。小波分析可提取滑坡體位移在不同時(shí)間尺度上的變化特征，識別位移序列的突變點(diǎn)和關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)。Hilbert-Huang變換可提取位移序列的瞬時(shí)頻率和振幅特征，揭示滑坡體位移的非平穩(wěn)和非線性演化規(guī)律。利用實(shí)測GNSS監(jiān)測數(shù)據(jù)，運(yùn)用這些先進(jìn)信號分析方法，可更全面深入認(rèn)識滑坡體位移的時(shí)間演化特征。進(jìn)一步通過對比分析不同監(jiān)測點(diǎn)的位移時(shí)序特征，可揭示滑坡體不同部位的差異性位移響應(yīng)，分析滑坡體的變形傳遞規(guī)律，估算滑坡影響范圍，判斷滑坡體的變形模式，為穩(wěn)定性分析提供依據(jù)?；麦w位移時(shí)序特征定量表征是預(yù)測滑坡發(fā)展趨勢的關(guān)鍵。通過構(gòu)建滑坡位移時(shí)間序列統(tǒng)計(jì)模型，可定量描述滑坡體位移隨時(shí)間的演化規(guī)律，外推預(yù)測未來一段時(shí)間內(nèi)的位移變化趨勢，為滑坡災(zāi)害預(yù)警提供時(shí)間窗口。同時(shí)，結(jié)合降雨、地下水位等監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析外部因素變化與滑坡體位移響應(yīng)的動態(tài)關(guān)聯(lián)特征，建立基于多因素的滑坡預(yù)警模型，提高預(yù)警精度和可靠性。

（二）滑坡體加速度變化規(guī)律

GNSS監(jiān)測技術(shù)可以實(shí)時(shí)捕獲滑坡體表面位移的動態(tài)變化，為分析滑坡體加速度變化規(guī)律提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。通過對GNSS監(jiān)測獲取的滑坡體位移時(shí)間序列進(jìn)行差分處理，可以得到滑坡體位移的速度時(shí)間序列，進(jìn)一步對速度序列進(jìn)行差分，即可計(jì)算出滑坡體位移的加速度時(shí)間序列。通過分析加速度時(shí)間序列的統(tǒng)計(jì)特征，如均值、方差、趨勢等，可以定量描述滑坡體加速度的變化規(guī)律。當(dāng)滑坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，加速度時(shí)間序列呈現(xiàn)出隨機(jī)波動特征，均值接近于零，方差較小。而當(dāng)滑坡體進(jìn)入加速狀態(tài)時(shí)，加速度時(shí)間序列表現(xiàn)出明顯的趨勢性，均值顯著偏離零值，方差逐漸增大。通過設(shè)定加速度閾值，可以及時(shí)判斷滑坡體的穩(wěn)定性狀態(tài)，識別其由穩(wěn)定向失穩(wěn)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵時(shí)刻。為驗(yàn)證基于GNSS監(jiān)測數(shù)據(jù)的滑坡體加速度變化規(guī)律分析方法的有效性，可結(jié)合實(shí)際工程案例開展滑坡穩(wěn)定性評價(jià)和滑移趨勢預(yù)測研究。以某一典型開頂滑坡體為例，利用GNSS監(jiān)測數(shù)據(jù)，計(jì)算滑坡體的加速度時(shí)間序列，分析其統(tǒng)計(jì)特征隨時(shí)間的演化規(guī)律。根據(jù)加速度閾值判據(jù)，對滑坡體的穩(wěn)定性狀態(tài)進(jìn)行評價(jià)，并與其他監(jiān)測量（如地下水位、降雨量等）的變化趨勢進(jìn)行對比分析，揭示滑坡體失穩(wěn)過程的動力學(xué)機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，利用Voightmodel等非線性加速度模型，對滑坡體的臨界失穩(wěn)時(shí)間進(jìn)行預(yù)測，并評估預(yù)測結(jié)果的可靠性。通過實(shí)際工程案例的分析，可直觀展示GNSS監(jiān)測數(shù)據(jù)在滑坡體穩(wěn)定性評價(jià)和滑移趨勢預(yù)測中的應(yīng)用效果，證明所提出方法的實(shí)用性和可行性。進(jìn)一步地，通過構(gòu)建滑坡體加速度時(shí)間序列的非線性動力學(xué)模型，可以定量預(yù)測滑坡體的臨界失穩(wěn)時(shí)間?；跉v史加速度監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用Voightmodel、Fukuzonomodel等非線性加速度模型，可以外推滑坡體加速度的發(fā)展趨勢，預(yù)估滑坡體由加速到失穩(wěn)的時(shí)間。通過分析滑坡體在不同加速度階段的動力學(xué)特征，可以揭示滑坡失穩(wěn)過程的階段性特征，識別滑坡體失穩(wěn)的臨界閾值。當(dāng)監(jiān)測到滑坡體加速度持續(xù)增大、接近臨界閾值時(shí)，可以及時(shí)啟動預(yù)警響應(yīng)機(jī)制，采取撤離人員、搶險(xiǎn)抗災(zāi)等措施，最大限度地減輕滑坡災(zāi)害的損失。

四、結(jié)語

本文通過合理設(shè)計(jì)GNSS監(jiān)測系統(tǒng)，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，揭示出開頂滑坡體快速滑移期的位移時(shí)序特征和加速度變化規(guī)律，為滑坡災(zāi)害的預(yù)警和防治提供關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支撐。然而，滑坡體的變形機(jī)理復(fù)雜，僅依靠GNSS監(jiān)測技術(shù)還難以實(shí)現(xiàn)滑坡災(zāi)害的精準(zhǔn)預(yù)警。未來還需要綜合運(yùn)用InSAR、地球物理探測等多種監(jiān)測手段，并結(jié)合數(shù)值模擬、物理模型試驗(yàn)等研究方法，深入揭示開頂滑坡體快速滑移的機(jī)理，建立更加完善的滑坡監(jiān)測預(yù)警體系，為滑坡災(zāi)害的防治提供全面的技術(shù)支撐。

（作者單位：國核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司勘測分公司）