基于GIS的边坡变形监测方案优化

摘 要：本文提出从地质学角度全面分析影响边坡稳定性的地形条件、地质构造、地层分布、岩体类型、水文地质条件、植被分布等主要各种因素及触发边坡向失稳方向发展的各种内、外动力和人类工程活动因素，依托GIS空间分析技术，按照因素间的相互影响强度以及隶属关系，将层次分析法与GIS空间分析相结合，初步分析研究区稳定性分布体系，为边坡智能监测系统方案的布设提供依据。

关键词：边坡 智能监测 GIS

中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）09（c）-0050-02

边坡稳定性受边坡的岩体结构、赋存环境、边坡形态等多种复杂因素影响，要了解形变的发展规律以进行长期的合理规划及安排，从而实现地质灾害的防治、防控，必须充分利用高新技术及先进仪器布设合理的监测方案进行周期性监测[1-3]。本文依托GIS空间分析技术，从地质学角度对影响研究区稳定性的各因素进行综合地分析，为变形监测方案的优化提供了有效的参考，取得了较好效果。

1 基于GIS的稳定性分析

1.1 研究区稳定性影响因素分析

影响边坡稳定性因素包括静态、动态因素两大因素。静态因素是影响边坡稳定性的主要因素，通常包括岩体类型、地层分布、地质构造、水文地质条件、地形条件、植被分布、等指标因素。触发边坡失稳的各种人类工程活动及内、外动力因素是动态因素，通常包括气象条件、地震活动及人类活动等。

1.2 层次分析法构建边坡稳定性评价指标体系

本研究从地质学角度确定9个影响研究区稳定性的指标因素，这九个因素对斜坡稳定性的影响程度各不相同，而每个因素又有不同的影响因子（图1）。采用数学加权法和专家咨询法相结界定各影响因素的权重，依据公式（1）计算上述评价指标体系各种因素及因子的综合影响。

1.3 数学模型及影响因子指标的确定

公式（1）中R为研究单元评分总值，Wi为各影响因素不同影响程度，Pji贡献函数值，是用来衡量各级别因素的影响程度。

1.4 利用GIS生成影响因素数据文件

利用GIS的空间分析功能生成研究区各影响因素文件，然后将各个影响文件进行叠加分析，对每个栅格通过加权求和运算，遍历整个研究区得到边坡稳定状况空间分布图，据此对研究区监测网进行优化调整。

2 研究区变形监测方案的优化

首先采用数字水准仪构建研究区首级高程控制，采用静态双频GPS建立首级平面控制。监测方案针对不同区域布设不同级别、不同密度的监测点，利用智能全站仪、测斜仪等先进仪器，进行全天候、周期性智能监测，同时采用三维激光扫描获取研究区整体变形数据进行分析比较。

2.1 GPS首级控制

参考基于GIS的边坡稳定状况分析结果，本着经济合理、重点突出的基本原则，对研究区分级部网。基本控制网布设在距离边坡外围500m左右的稳固区域，保证整个首级控制不受边坡开挖扰动的影响。首级控制主要由3个基准点及2个工作點构成，基线长度为1km左右。GPS观测主要存在天线相位中心位置偏差、多路径误差、地面起始点误差、接收机位置误差、卫星PDOP值等误差。为确保测站点的可靠性减少主要误差来源，严格按照规范要求进行周期性复测进行反复检核。

2.2 测量机器人边坡稳定性监测

参考研究区稳定状况空间分布情况，在研究区共布设120个监测点组建多层次变形监测网。危险区域点位布设密集，重点监测，依据实际地形划分8个监测断面，断面间距平均为50m，不稳定区域作为次重点监测区，划分7个监测断面，断面间距平均100m，呈网格状布设。周期性监测采用徕卡TCA2003高端全站仪，配备SmartMonitor软件，对研究区进行24h自动变形监测，实时数据处理。

2.3 测斜仪深部监测

方案将深部监测与地表监测相配合，依据工程地质条件，布设12个深部监测断面，36个深部监测点。采用钻孔测斜仪为主的监测手段，以伺服加速度传感器为核心技术构建智能测斜系统对边坡进行深部监测。

2.4 三维激光扫描技术

方案采用三维激光扫描技术构建研究区三维实体模型，以弥补监测点数目的局限性缺陷， 将有限的监测点数所得到的信息与三维激光扫描获取的整个变形体的情况相比对，获取坡体的总体变形趋势及细节。该扫描仪采用非接触式高速激光测量方式，以点云方式获取研究区三维表面阵列式几何图形数据。具体原理为扫描仪对目标发射激光，通过激光发射和接受的时间差计算出监测点与扫描仪距离，软件系统依据步进角距值，实时计算出监测点三维坐标并存储构建研究区的三维几何模型。

3 结语

GIS空间分析技术应用于边坡监测工程系统，为优化监测方案提供了有效手段。GIS技术使边坡系统在处理边坡三维空间问题方面具有很好的数据适应性，相关地形资料和勘查资料可以很容易转化成GIS的数据格式，而且越是地形复杂和地质结构复杂的边坡体越能体现出基于GIS技术系统的优势。

参考文献

[1] 黄世秀，洪天求，高飞，等.新桥硫铁矿边坡稳定性变形监测系统研究[J].工矿自动化，2010（9）：22-25.

[2] 华前程，徐茂林，杨凤芸，等.基于TM30测量机器人边坡监测系统的研究[J].北京测绘，2014（4）：60-63.

[3] 原涛.北京某深基坑变形监测方法实例分析[J].城市地质，2016，11（1）：52-56.