GPS技術(shù)進行滑坡監(jiān)測數(shù)據(jù)采集及控制探討

陳雄新

摘 要：我國科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，在一定程度上促進了GPS技術(shù)的發(fā)展，GPS技術(shù)在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍逐漸擴展，尤其是滑坡監(jiān)測領(lǐng)域。文章針對GPS技術(shù)進行滑坡監(jiān)測數(shù)據(jù)采集及控制進行深入的分析。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù)；滑坡；監(jiān)測數(shù)據(jù)；采集；控制

1 概述

就目前來看，全球衛(wèi)星定位技術(shù)（GPS）呈現(xiàn)良好的發(fā)展態(tài)勢，GPS技術(shù)的應(yīng)用范圍處于不斷擴展的趨勢，尤其是在監(jiān)測方面。GPS技術(shù)具有精度高、速度快以及全天候監(jiān)測等一系列優(yōu)點，人們開始逐漸重視GPS技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

2 GPS技術(shù)在滑坡監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 滑坡系統(tǒng)的構(gòu)成模型

在滑坡監(jiān)測工程中應(yīng)用GPS技術(shù)的過程中，可以將CPS滑坡監(jiān)測系統(tǒng)劃分為以下幾個系統(tǒng)模塊：（1）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)；（2）數(shù)據(jù)接收與處理系統(tǒng)；（3）前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；（4）數(shù)據(jù)查詢分析系統(tǒng)。根據(jù)GPS滑坡監(jiān)測系統(tǒng)可以看到，各個系統(tǒng)模塊的工作可以將其看作一個相對獨立的事項，監(jiān)測數(shù)據(jù)是各個系統(tǒng)模塊之間的聯(lián)系樞紐，因此數(shù)據(jù)的采集雖然屬于前端系統(tǒng)工作，但是貫穿于整個檢測系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集的有效性直接影響著整個GPS監(jiān)測系統(tǒng)的性能。如圖1所示，GPS檢測系統(tǒng)構(gòu)成模型。

2.2 各個系統(tǒng)模塊的組成與功能

2.2.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要由專用的數(shù)據(jù)庫軟件組成，主要的功能是對檢測數(shù)據(jù)進行存儲，保障監(jiān)測數(shù)據(jù)的安全性，避免監(jiān)測數(shù)據(jù)丟失。

2.2.2 數(shù)據(jù)接收與處理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)接收與處理系統(tǒng)主要由解算軟件、接收設(shè)備等一系列事項組成，主要的功能就是接收數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳輸?shù)谋O(jiān)測數(shù)據(jù)，并且對接收的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行合理的解算處理，最后將監(jiān)測數(shù)據(jù)的結(jié)算處理結(jié)果當(dāng)作一個精確的測量數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，對其加以保存。滑坡監(jiān)測經(jīng)常應(yīng)用相對定位，所以對于監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理主要為整網(wǎng)平差與基線向量處理。

2.2.3 前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、單板機、各種檢測設(shè)備以及GPS接收機等一系列事項組成，主要的功能是對收集與傳輸監(jiān)測點的地表坐標(biāo)、地下水位、深部位移以及降雨量等一系列監(jiān)測數(shù)據(jù)；主要應(yīng)用已經(jīng)存在的公用通信網(wǎng)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行傳輸。主要根據(jù)監(jiān)測現(xiàn)場的實際地質(zhì)條件，并且與GPS接收機的特性相結(jié)合，對各個監(jiān)測點進行布網(wǎng)操作。

2.2.4 數(shù)據(jù)查詢分析系統(tǒng)。數(shù)據(jù)查詢分析系統(tǒng)主要由一系列應(yīng)用軟件組成，主要的功能就是對監(jiān)測系統(tǒng)中的各種監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析、查詢以及報表輸出等操作，以此來滿足監(jiān)測過程中的需求。

2.3 監(jiān)測系統(tǒng)具備的特點

就目前來看，現(xiàn)有GPS滑坡監(jiān)測系統(tǒng)各個系統(tǒng)模塊之間處于一個相互協(xié)調(diào)的狀態(tài)，而且協(xié)調(diào)性比較好，這在很大程度上發(fā)揮了GPS技術(shù)自身具備的測量精度高、實時觀測等多個優(yōu)點，在工程測量應(yīng)用中的效果十分顯著。但是，GPS滑坡監(jiān)測系統(tǒng)并沒有充分考慮滑坡災(zāi)害具備的特點，所以GPS滑坡監(jiān)測系統(tǒng)還存在一些需要完善的缺陷。

3 GPS技術(shù)進行滑坡監(jiān)測數(shù)據(jù)采集及控制的分析

3.1 現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集模式

監(jiān)測點的位置坐標(biāo)值是滑坡監(jiān)測過程中的重點事項，它主要是由GPS設(shè)備進行測量而獲取的，因此現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集模式與GPS相對定位的數(shù)據(jù)采集模式類似?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)采集模式的特點，主要包括實時性、全天候等，工作模式主要為劃分時段進行測量操作，在工作時段單向的將整個數(shù)據(jù)采集信息傳輸?shù)教幚硐到y(tǒng)模塊與數(shù)據(jù)接收模塊中。由于數(shù)據(jù)采集的時段已經(jīng)在人為操作下預(yù)先進行了確定，而在系統(tǒng)工作中的改變存在一定的局限性，所以，前端數(shù)據(jù)采集能夠?qū)⑵浯_定為是一個固定頻率。

3.2 現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集模式中存在的矛盾

從滑坡方面來看，就已經(jīng)存在加速、孕育、停止以及減速等多個階段，再加之所在的地質(zhì)環(huán)境條件與人類活動、暴雨以及振動等一系列因素的干擾，導(dǎo)致滑坡的狀態(tài)與機理非常的復(fù)雜。因為整個監(jiān)測系統(tǒng)在單方面就已經(jīng)發(fā)揮了GPS技術(shù)具備的特點，并沒有重視滑坡災(zāi)害具備的特點，所以在工程測量中的應(yīng)用存在矛盾。為了對監(jiān)測資料進行全面的收集，所以采用的數(shù)據(jù)采集頻率比較高，監(jiān)測系統(tǒng)的前端在不超過一定負(fù)荷條件的時候，會處于一個穩(wěn)定運行的狀態(tài)。但是，當(dāng)滑坡處于一個緩慢加速、蠕變過程中的時候，在一定程度上會造成大量采集數(shù)據(jù)的冗余，由于監(jiān)測具有實時性，所以不僅會造成負(fù)荷的增加，還會導(dǎo)致大量的冗余數(shù)據(jù)堆積于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，出現(xiàn)浪費資源問題，而且在很大程度上增加了后端數(shù)據(jù)查詢、分析以及整理工作的難度。從另一個角度來看，若是降低監(jiān)測數(shù)據(jù)的采樣頻率，就可以有效的緩解此矛盾；但是，滑坡在暴雨條件下或者急劇加速的過程中遇到一些突發(fā)狀況的時候，如果采樣頻率過低會導(dǎo)致重要監(jiān)測信息的漏掉問題，甚至造成滑坡峰值點的爆發(fā)。因此，矛盾的焦點主要體現(xiàn)在現(xiàn)有監(jiān)測數(shù)據(jù)采集模式與滑坡災(zāi)害特點之間的結(jié)合不夠緊密。

3.3 滑坡監(jiān)測過程中的控制

3.3.1 在監(jiān)測系統(tǒng)模型中引入控制。將控制引入整個監(jiān)測系統(tǒng)中，能夠有效的解決上文所提到的矛盾。由于現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)中的處理系統(tǒng)模塊與數(shù)據(jù)接收中主要使用的是GPS接收機，而且還有一些結(jié)合開發(fā)的軟件或者解算軟件，所以采用采樣控制的方法能夠有效的引入系統(tǒng)模型中。如圖2所示，主要是對圖1黑框部門重新進行設(shè)計。

與圖1相比較可以發(fā)現(xiàn)，可以在控制程序中加入處理系統(tǒng)模塊與數(shù)據(jù)接收模塊，然后形成一個整體，圖2中最為重要的位置在于對控制信號線的引入，這條控制信號線能夠有效的將機房中的數(shù)據(jù)接收處理系統(tǒng)與野外的前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)合在一起，形成一個智能系統(tǒng)。

3.3.2 控制程序功能。前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的單板機包含著控制程序協(xié)同，可以對其進行編程操作，能夠很據(jù)實際需要對不同的數(shù)據(jù)采樣頻率進行應(yīng)用，使檢測數(shù)據(jù)采樣在監(jiān)測過程中能夠跟隨監(jiān)測點的變化而作出相應(yīng)的調(diào)整。一般情況下，采用普通的采樣頻率，就能夠在很大程度上改善后端檢測數(shù)據(jù)出現(xiàn)的冗余問題；但是在情況出現(xiàn)變化的時候，例如：遇到暴雨或者滑坡加速嚴(yán)重等，采用比較高的采樣頻率能夠?qū)ΡO(jiān)測數(shù)據(jù)進行全面的收集。根據(jù)監(jiān)測點的地質(zhì)環(huán)境與地質(zhì)條件，與過往監(jiān)測數(shù)據(jù)相結(jié)合，能夠制定一個等級存在差異的監(jiān)測密度，以此對不同等級的數(shù)據(jù)采樣頻率進行有效的調(diào)整。

3.3.3 控制信號的作用。控制信號的作用，主要在于對野外的前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在工作過程中的頻率進行合理的調(diào)整，在控制信號發(fā)送方面，可以根據(jù)實際需要對其進行合理的設(shè)定，而且便于在控制程序的改動過程中對檢測控制指標(biāo)進行添加。

4 結(jié)束語

在應(yīng)用GPS技術(shù)進行滑坡監(jiān)測的系統(tǒng)模型中引入控制數(shù)據(jù)采集，是一種十分有效的方法，在已有工程上做出較小的改動或者添加就能夠?qū)崿F(xiàn)；在新的工程中，在設(shè)計過程中對于控制數(shù)據(jù)采集的引入進行合理的規(guī)劃之后，能夠在很大程度提升系統(tǒng)的整體性能，所以應(yīng)當(dāng)重視控制數(shù)據(jù)采集的引入。

參考文獻

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