高（gāo）速（sù）公路中，高邊坡受到雨水的影響，易出現失穩垮塌的情況，嚴重影（yǐng）響行（háng）車安全。采用傳統的方法監測高邊（biān）坡時（shí），因環境的限製，從（cóng）而（ér）使（shǐ）監測（cè）結果的準確性（xìng）大幅度降低。為解決這一問（wèn）題，可在邊坡監測中（zhōng）引入先進的GNSS技（jì）術，通過該技術對邊坡位移監測係（xì）統加以優化改（gǎi）進，完善係統性能，滿足高邊坡監測工作需要。

1 GNSS技術的應用優勢

1.1 GNSS係統

全球衛星（xīng）導航係（xì）統，即GNSS係統，主（zhǔ）要由空間部分、控（kòng）製部分和用戶部分構成。其中，空間部分（fèn）由多顆不同軌道衛星組成，各軌道之間相互交叉，處於同一軌道中的多個衛星之間是相對靜止狀態（tài），在相鄰軌道上的衛星升交（jiāo）距角相差30°[1]；控製部分（fèn）由監測（cè）站、主控（kòng）站、注入站構成，用於控製衛星的（de）運行狀態，調整衛星姿態（tài）和軌道高度（dù），保證衛星定位與（yǔ）導（dǎo）航的精度；用戶部分通過GNSS接收機接收監控（kòng）站發送的（de）衛星（xīng）信號（hào），通過（guò）算（suàn）法（fǎ）解析信號，實現定位與導（dǎo）航功能。

1.2 應用優勢

在高速（sù）公路高邊坡監測中運用GNSS技術，能夠（gòu）充分（fèn）發揮出無線傳輸的優勢，提高監測的時效性，其（qí）應用優勢體現在以（yǐ）下方麵。

1.2.1 基準點選址要求低

傳統（tǒng）邊坡監測方法對基準站選址要求較高（gāo），需保證監測點與基準點位置（zhì）相（xiàng）同，但是在實際地形地貌客觀條件的約束下，增加了基準點的選擇難度。而GNSS技術對（duì）基準站選址無特殊限（xiàn）製，不需要保證監測點與基準點處於同一地點，僅要求基準點（diǎn）必須位於無遮擋（dǎng）的開闊場地，即使遠離監（jiān）測點也可以完（wán）成監測任務，節省了基準點選址時的人力、物力（lì）投入。

1.2.2 監測精度（dù）高

GNSS技術對邊坡變（biàn）形的監測精度明顯高於傳統（tǒng）監測方法，並且監測精度不受環境變化、人為活動的影響，能夠增（zēng）強監測（cè）結果（guǒ）的穩定性和（hé）可靠性。在基線長（zhǎng）度發生變化的情（qíng）況下，監測（cè）精度也會隨之發生變化，當基線長度小於50 km時，監（jiān）測精度為（wéi）(1～2)×10-6；當基線長度為100～500 km時，監測精度為10-6～10-7。

1.2.3 三維監測位置變化

傳統的邊坡監測需要人工監測邊坡平麵位移（yí）和深部位移，在監測過程中受降雨、陽光、空氣等監測環境的影響，難以統一在同一時間節點（diǎn）對同一（yī）監測點的監測標（biāo）準，並且還會增加作業（yè）難度和（hé）工作量。而應用GNSS技術（shù）能夠在同一時間點從X、Y、Z三個方向（xiàng）對監測（cè）點進行監測，快速得出邊坡平麵（miàn）位移和（hé）深部位移的速度[2]。

1.2.4 監測效率高（gāo）

傳統的邊坡（pō）監測方法在監測定位基線時，要根據不同的監測精度要求耗用長短不同的監測時間，一般在1～3 h。而應（yīng）用GNSS技術進行邊坡監測，不會受到環境、地點、時間以及監測精度要求的（de）限製，隻需（xū）要耗用幾分鍾就能夠完成監測任務，並且還可（kě）以實現實時監測功能。

1.2.5 監測智能化（huà）程度高

在GNSS技術快速發展的背景下，係統中的信（xìn）號接（jiē）收（shōu）元件（jiàn）更加集成化、小型化，監測人員在掌握儀器操作流程的基礎上（shàng）便（biàn）能夠自動化、智能化完成監測數據（jù）的統計、分（fèn）析工作，呈現監測數據報表，用圖形展示監測數據變化，為高速公（gōng）路（lù）工（gōng）程建設提供決策依據。

2 基於GNSS技術的高速公路高邊坡（pō）監測（cè）

2.1 工程概（gài）況

某高速公路的邊坡位於路線左幅左側，該邊坡的長度和高度（dù）分別為200、60 m，共分三級（jí），每一級的高度全部相同，為20 m，坡率依次為（wéi）1∶0.75、1∶1和（hé）1∶1。由該邊坡（pō）的地質勘（kān）察資料得知，其所在地區為丘陵地貌，邊坡施工前，山體植被較為發育（yù），邊坡局部修（xiū）整時（shí），導致部分植被遭（zāo）到破壞。

2.2 邊坡（pō）監測方案

2.2.1 邊坡監測依據

1)監測頻率。本工程根據《工程測量規範》(GB 50026—2007)和《建築邊坡工程技術規範（fàn）》(GB 50330—2002)中的（de）相關要求，確定自動監測頻率：每天觀測（cè）2次；連續3 d降雨且降（jiàng）雨量（liàng）超過50 mm/d時，每天觀測4次；表層或深（shēn）層位移分別發（fā）出一級、二級、三級預（yù）警時，分（fèn）別對應的（de）每天觀測次數為8、12次和24 h連續觀測[3]。

2)監測原則。在本工程邊坡關鍵部位布設監測點，要（yào）求關鍵部位（wèi）為邊坡岩土體位置變動的代表性部位；保護坡體上暴露在外的監測設備，避免出現運行故（gù）障；在穩定性（xìng）較好的岩石上設置測（cè）量基準控製點（diǎn），要求基準控製點不在監測邊坡範圍（wéi）內；根（gēn）據邊坡實際情（qíng）況確定監測方（fāng）法（fǎ），選用實用性、耐用性（xìng）和便捷性較強的監測（cè）儀器。

3)監測指標。本工程（chéng）邊坡監測主要對表麵位（wèi）移和深層水平位移進行監測，以掌（zhǎng）握（wò）邊坡變形、位移變化速率以及邊（biān）坡穩定性情況（kuàng）。

4)位移監測精度。在本工程（chéng）邊坡監測中，岩質滑（huá）坡（pō）監測的水平位移監（jiān）測點（diǎn）位誤差為6.0 mm，垂直位移監測高程誤差為3.0 mm，地表裂縫觀測誤差為0.5 mm；土質滑坡監測的水平位移監測點位誤差為12.0 mm，垂直位移監（jiān）測（cè）高程誤差（chà）為10.0 mm，地表裂縫觀測誤差為5 mm。

2.2.2 監測方案（àn）

現場勘（kān）察（chá）本（běn）工程邊坡發現（xiàn），一、二級邊坡（pō）土質鬆散，發生滲水、滑塌（tā）病害（hài），邊坡穩定性較差。采用GNSS技術監測一、二級邊（biān）坡，利用GNSS係統自（zì）動采集（jí）和記錄邊坡（pō）表麵和內部位移數據，具體監測方案為。

1)地表（biǎo）位移監測。結合本工（gōng）程（chéng）的現場勘察情況，將2～3條監測斷麵布置到邊坡縱橫（héng）軸線（xiàn）上，每個監（jiān）測斷麵布設2個及其以上（shàng）的監測點，當（dāng）邊坡存在多餘2處的滑坡（pō）變形區時布設監測網。本工程中，在垂直路線沿邊（biān）坡原滑（huá）動變形主方向布設（shè）2條監測斷麵、5個監測點，用於監測地表位移和沉降。其中3個監（jiān）測點在（zài）第1條監測斷麵上，監測點間距為50 m，2個監測點（diǎn）在第2條監測斷麵上，監測點間距為40 m；本工程中（zhōng），選在離工程不遠（yuǎn）處的1棟居民樓頂層布設（shè）1個（gè）基準點。

2)深層水平位移（yí）監測。在邊坡（pō）岩土體內部位移變化數據采集中采用固定式測斜儀，將測斜儀埋設到岩土體中，連接儀器電纜與數據自動采集係統，實（shí）時傳輸測量獲取的數據（jù）信息，掌握邊坡位移變化，對邊坡滑動麵位置進行確定，監測邊坡穩定性情況。在（zài）本工程中，垂直路線沿邊坡原滑動變形主方向布設3條監測斷麵、3個監測點，其中2個監測點布（bù）設在（zài）第1級平台，相（xiàng）距65 m。1個監測點（diǎn）布設（shè）在第2級平台的中間位（wèi）置，距離（lí）邊體60 m。在布設測斜傳感器（qì）時，單孔孔深35 m，布設間距（jù）不得超（chāo）過10.0 m。

2.3 監測係統安裝與調試（shì）

GNSS監（jiān）測係統主要包括室內設備與室外設備部分，在安裝完畢後需進行調（diào）試。

2.3.1 室外設備

1)鑽孔。用鑽孔（kǒng）機鑽測斜孔，孔徑不得小於110 mm，測量成孔（kǒng）傾斜度，不得超過2°。

2)固定式測（cè）斜儀。在安裝固定式測（cè）斜（xié）儀（yí）時，用（yòng）螺栓連接滑（huá）輪組與連接管，將滑輪組位於連接管底（dǐ）部；連接測量元件，將杆（gǎn）、測量（liàng）元件放入測斜管；在上下遊方向的卡槽中安放導輪，對導（dǎo）輪的朝向進行固定，使其與（yǔ）測斜方向一致；連接另一個連接管（guǎn），使其達（dá）到預定的傳感器位置；安裝中間滑輪組、傳感器和連接杆，完成安裝任（rèn）務後，對接電纜與（yǔ）數據存（cún）儲設備；在各個管口處采取必要的保護措施，安裝鐵盒，避免雜物（wù）進入孔內；用讀數儀對各個傳感器的運行狀態進行檢查，記錄檢測數據。

3)地表測斜（xié）儀。在監測點（diǎn）進行開挖，開挖深度（dù）在1.0 m左右，保證地層穩定。在穩定層（céng）上澆築水泥，安裝地表測斜儀。

4)基準站。在（zài）地（dì）質堅硬區且（qiě）遠離人類活動的區域安裝（zhuāng）基準站（zhàn），要求該區域交通便捷、周圍開闊（kuò），減少客（kè）觀環境因素和人為因（yīn）素對衛星信號的（de）影響。

5)防（fáng）雷設施。在鍍鋅管的一端安裝避雷針，采用焊接工藝（yì）固定避雷針（zhēn）；焊接法蘭盤，製作地籠，地（dì）籠用於連接避雷針（zhēn）基座（zuò），固定到地麵（miàn）上；避雷針與基準站保持一定距離。

2.3.2 室內設備

在室內的（de）監測係（xì）統中安裝相應硬件和軟件，包括監測數據信號接收器以及監（jiān）測數據處理分析軟件，安裝後試運行（háng）軟硬件設備。

3 高邊坡GNSS監測係統的改進及應用

3.1 係統架構

3.1.1 係統改進思路

在高（gāo）速公路建設過程中，為實時掌握高邊坡的穩（wěn）定（dìng）情況，並獲取邊坡的變形數據，應用GNSS技術，改進現有（yǒu）的邊坡監測管理（lǐ）係統，使係（xì）統的操作變得更加簡單，功能更加強大。係統改進時，要遵循實用性、經濟性（xìng）等原則，設計（jì）出滿（mǎn）足用戶（hù）需要的功能模塊，簡潔（jié）易懂的係統界麵。

3.1.2 改進後的係統架構

經過改（gǎi）進之後的高邊坡GNSS監測係統，采用較為流行（háng）的模塊化（huà）設計，將整個（gè）係統劃（huá）分為5個功能（néng）模塊（kuài），分別為邊坡（pō）信息、監測數據、餘量采（cǎi）集、權限（xiàn）管（guǎn）理及預警。所有模塊通過配合，能夠實現邊坡變形監測。

3.2 係（xì）統功能模塊的（de）構建

3.2.1 邊坡信息模塊

在高邊坡監測（cè）工作的開展中，邊坡信息是（shì）不（bú）可或（huò）缺的基礎數據，確定監測方（fāng）案和統計分析時，均需要使用到（dào）的（de）邊坡信息，如幾何（hé）信息、結構（gòu）信息等。構建的邊坡信息模（mó）塊能夠對邊坡的靜態和動態信息全麵管理。利（lì）用該模塊，可對邊坡的所有信息進行（háng）查看，並且能錄入和編輯（jí）新的信息。傳統的邊坡信息展示方法為文字列表，這種（zhǒng）方式的（de）直觀性較差（chà），界（jiè）麵也不友（yǒu）好。針對這一情況，在係統改進時，引入Map模塊，可在其中直觀查看與邊坡有關的所有信息。邊坡監測點的基礎（chǔ）信息由兩個小模塊（kuài）組成，一個是信息列表，另一個是新增監測區，通（tōng）過該模塊能夠對邊坡監測點相關數據進行修改和查詢。

3.2.2 監測數據模塊

1)數據錄入與導出。用戶進入該模塊可點擊菜單欄查看不同類型（xíng）數據，上級用（yòng）戶擁有修（xiū）改、刪除下級（jí）用戶（hù）上傳數據的操作權限。數據錄入既（jì）可以選擇逐條錄入，也可以選擇批量上傳。在地表位移監（jiān）測點（diǎn）的數據錄入中，監測人員點擊進入到“地表位移”頁麵，單條（tiáo）添加數據，係統自動默認首次添加數據為（wéi）基準值。監測人員（yuán）也可以（yǐ）進入（rù）“批量上（shàng）傳”頁麵，將Excel模板中的數據信息導入到“數據列表”中；數據導出，用戶將查詢到的監測數據導出，自動轉換為Excel表格式。

2)數據顯示（shì）。係統直觀展示數據圖表，用戶根據瀏覽需求，選擇時間節點、監測點等關鍵檢索詞，查看相應監測（cè）點的位移變形量。在數據圖表功能中，可以顯示監測點隨著時間的變化（huà）監測點垂直位移、水平位（wèi）移隨之發生的變化，確定三者之間的（de）關係，生成位移曲線圖，並且曲線圖支持局部放大、全局縮小等多種（zhǒng）瀏覽操作。

3)數據分析。數據分析包括關聯分析（xī）和（hé）對比分析（xī），其中關聯分析要對各類導致邊坡失穩的監測數據進行關聯性分析，確定各個形變因素之間的關係；對比分析針對同一站點的不同時間段獲取的監測數據，係統要預設對比分析周期，用戶可以任（rèn）取時間段自動生成（chéng）監測數據對比分析圖（tú）。

3.2.3 雨量采集模塊

該模塊采用漏鬥式雨量計，對監測區域進行中斷式測（cè）量，計算（suàn）出總雨量。在（zài）漏鬥式雨量計中安裝精度處（chù）理（lǐ）器，提高雨量計量（liàng）精度（dù）。該模塊能夠自動保存中（zhōng）斷時記錄的雨量值（zhí）和時間，模塊運行流程為：中（zhōng）斷開始→計取雨量測量精度值→讀（dú）取計量時間節點→計算總雨量→中斷結束。

3.2.4 係統管（guǎn）理模塊（kuài）

該（gāi）模塊結合高速公路管理（lǐ）的（de）不（bú）同主（zhǔ）體設置不同的管理操作權（quán）限，構建起四級監測體係，明確各個監測部門的係統操作權限，具體包括：一級監測主體為行政管理（lǐ）部門，有權瀏（liú）覽、管理和監測（cè）所有邊（biān）坡數據，結合下（xià）級（jí）單位上報的預警信息確定預警級別，決定（dìng）部署邊坡處置工作；二級監測主體（tǐ）為高速公路管理單位，有權監測本單位管理範圍內（nèi）公路邊坡數據，向（xiàng）行政管理部門上報預警信息，並落實行（háng）政管理部門的決策（cè）部署；三級監測主體為BOT公（gōng）司（sī），有權查詢（xún）瀏覽（lǎn）本公司承建（jiàn）路段的邊（biān）坡監測數據，深入到實地核實養護工區上報的預警信息，核實後（hòu）向高（gāo）速公（gōng）路管理單（dān）位（wèi）上（shàng）報；四級監測主體為（wéi）養護工區，有權（quán）瀏覽管理養護區範圍內的邊坡監測數據，根據預警模型確定預警等級，通過網絡、手機等平台向BOT公司上報預警信息。

3.2.5 係統預警模塊

①閾值配置，該模塊中采（cǎi）用唯一的配置方式，在權限（xiàn）範圍添加新閾值後，會（huì）對原有閾值（zhí）進（jìn）行覆蓋，在（zài）站點添加閾值時，要點開站點列表，進入設置界麵，通過新增按鍵添加閾值和通（tōng）知方式，按照指定的格式通過Excel批量上傳站點管理配置信息；②告警配置，在添加閾值後，點擊閾值列表的操作欄配置告警通（tōng）知方式，本係統提供短信通知功能，可以將預警信息及時發送到預設的用戶手機號上；③告警查詢，用戶在告警頁（yè）麵查詢告（gào）警信息，可點擊報表按鍵，係（xì）統會自動按照等級、類型、站點等信息歸集（jí）標準對某一時間點（diǎn）的告警信息進行（háng）統計輸出。

3.3 高邊坡監測數據分（fèn）析（xī）

從本工程的高邊坡中選取3個測點，通過改（gǎi）進後的係統對相關數據進行分析，具體如下：三（sān）個測點的（de）變形情況相類似，分布形態為V字形，變形速度（dù）在某個時間段（duàn）加快，經查（chá）該時間內降雨，三個測點最大的變形累計為64.68 mm，由此表明，監測斷麵內的（de）結構穩定（dìng）性不足。通過對高（gāo）邊坡較長（zhǎng）時間的監測後得出如下結論：改進後的監測係統可以準確采集到邊坡的位移數據，數據的精度與規定要求相符，且未出現（xiàn）數據丟失的情（qíng）況，證明改進後的（de）係統在高邊坡監測中具（jù）有（yǒu）良好的可用性。

4 結（jié）束語

高速公（gōng）路高邊坡監測是一項（xiàng）非常重要的工作（zuò），為提高監測結果的準確性，可對先進的GNSS技（jì）術加以合理應用，通過該技術（shù）對邊坡位移監測管理係統進行（háng）優化改進，提高係統的整（zhěng）體性能，滿足高邊坡監測需要。