搜索
31262009U214A1006-7833(2009)06-312-02滑坡一般指由于受到地质结构、地表或地下水活动、人工切坡等因素的影响，斜坡上的部分岩体和土体沿地层软弱面（或软弱带）在重力作用下向下滑动的不良地质现象[1，2]。我国疆土辽阔，约有70%为山地，是一个地质灾害频发的国家，其中大多数山地灾害又以滑坡为主要表现形式。此外，随着基础建设和能源行业的巨大需求，各种规模的土建、矿业工程方兴未艾。在许多工程的建设过程中，形成了一些临时或永久性的工程边坡，由于边坡的开挖改变了原有的应力平衡，导致一些边坡在施工或运行期内失稳，由此引发频繁的边坡滑坡。由于滑坡的特殊性和突发性，往往给自然环境、人民生命财产和工程建设造成巨大损失。如2008年汶川地震中由滑坡引起的为数众多的堰塞湖，就给下游城市和乡镇居民的生产和生活造成了严重的威胁。据统计，在我国，每年有数以万计不同规模的滑坡发生，因崩塌、滑坡、泥石流等灾害造成的年均经济损失高达200亿元[3]。如果在滑坡发生之前，能够对可能发生滑坡的区域进行实时的监测，掌握其形变趋势，就可有效的预测滑坡，将滑坡造成的损失减至昀低。由于滑坡成因机理的复杂性，对滑坡监测的方法多种多样。目前，主要有宏观地质调查监测，水位异常监测和滑坡体位移与角位移的变形监测等几种方法。宏观地质调查监测主要采用常规地质调查法，定期对崩滑体出现的宏观变形形迹和与变形有关的异常现象进行调查记录，预测滑坡发生的可能性；水位异常监测利用水位自动记录仪、钻孔渗压计等仪器监测地下水位或水压的异常变化，对滑坡的发生进行预测和评估。这两种方法可以从整体上把握滑坡体的地理环境和变化，但观测周期性较长，无法满足滑坡监测的实时性要求。而对滑坡体位移和角位移的测量，则可以实时跟踪滑坡体的动态，为研究和监测获得第一手数据。此为，也可从数据中提取与滑坡等地质灾害前兆有关的信息，直接为地质灾害监测预报提供科学依据。目前，滑坡地表位移监测已成为滑坡研究和早期预警的重要方法。为了促进对滑坡地表位移监测技术发展现状的全面了解，本文对目前滑坡位移监测的主要技术手段做了系统的总结和梳理，分析了不同监测方法的特点，并对未来滑坡位移监测的发展作了展望。总体来看，地表位移监测可分为相对位移和绝对位移监测两种。相对位移监测是测量滑坡体上重点变形部位的点与点之间相对位移变化的一种常用的变形监测方法，主要用于监测滑坡体上及其边缘处发生较大相对位移。目前，地表相对位移监测主要方法有机械测量法、伸缩计法、全站仪测量、数字化近景摄影和激光位移监测。机械测量法：在滑坡体裂缝两侧或滑带两侧插筋、埋桩或作标记（粘贴水泥砂浆片、纸张或玻璃片）等，用钢尺直接测量位移数值。该方法适用于群测群防，监测方法简直观，其优点是安装简便、直观、可靠、投入快、成本低，便于普及不受环境影响；缺点是精度差、信息量少。滑坡预警伸缩仪：适合于崩塌、滑坡等突发性地质灾害裂缝位移自动监测预警。滑坡预警伸缩仪实际上就是机械测量法的数字化改进，一般安装在滑坡、崩塌的地面裂缝两侧；监测过程中，数据能够自动实时记录，当裂缝张开尺度超过设定的报警阈值时，便会自动对险情报警。该仪器有两种监测模式。一种是直接利用主机和报警器进行监测，这种方式主要适合于单一裂缝监测；另一种是配备主机保护箱、定位杆、伸缩套管和套管支架使用，这种方式既可用于单一裂缝监测，也可用于多裂缝监测。滑坡预警伸缩仪数据分析和保存方便，测量精度较之机械测量法有了较大的提高，但数据量依然太少，其维护也需要专业人员来完成。全站仪测量：全站仪是20世纪80年代由奥地利维也纳技术大学和瑞士Leica公司共同开发的全自动型测量仪器。它是在全站仪的基础上集成激光、精密机械、微型计算机、CCD传感器以及人工智能技术发展起来的。在监测过程中，通过发射和接收反射回的红外光束，并利用自准直原理和CCD图象处理功能来测量位移变化，能实现全天候的目标自动识别、照准与跟踪，并自动记录测量数据。该仪器操作简单，投资少，易于被施工一线的技术人员掌握，因此在中小型滑坡监测中具有很好的推广和应用价值。数字化近景摄影测量法：利用近景摄影仪对崩滑体的观测点进行摄影，生成立体像片，然后借助立体坐标仪，对像片上各测点的三维坐标进行测量[4]。它的优点是像片信息量高，而且摄影与像片的摄影测量处理可分阶段进行，不受时间的限制；适合于不规则物体的外形测量、动态目标的测量。此外，摄影测量作为一种遥感式数据采集方法，除了对滑坡位移进行测量外，还可以获得关于边坡坡体的植被，碎石，外形结构等丰富的有用信息，这些信息往往与滑坡的安全状态息息相关。激光位移监测系统：在需要监测的滑坡体上，选择适当位置建造一个目标平台，激光光源安装于目标平台上，让激光光束与31362009滑坡体的滑移方向垂直。在滑坡体稳定地带，对应于激光束照准的部位，建造一个基准平台，由望远镜头和CCD摄像器构成的成像系统安放于基准平台上，并使镜头对准激光束。CCD输出的视频信号经过放大处理后，进入图像采集卡，计算机承担激光束图像（即光斑）信号的存贮、显示及处理任务，并给出光斑中心的水平坐标和垂直坐标。此方法可以同时测量滑坡体三个方向的位移变化，测量精度较高。绝对位移监测是指测量滑坡体上的测点相对于其外部的某一（或多个）固定基准点的三维坐标，从而得出测点的三维变形位移量、位移方位与变形速率等。地表绝对位移监测主要有地表位移形变GPS测量法、激光雷达测量法和合成孔径雷达干涉测量法。GPS自动化监测：GPS自动化监测系统是一种全球定位系统的简称，功能强大，在军用和民用方面都有突出的表现。系统的精度较高，可以实时监测系统的精度可按要求设定，采用相位载波方式进行位移测量时，昀高监测精度可达亚毫米级[5]。系统响应速度从控制中心敲计算机键盘开始，10分钟内可以了解5~10个监测点的实时变化情况。不过，由于高精度的GPS位移测量系统建设到投入使用周期较长，费用较高，设备运行和维护必须专业人员才能完成，同时为了保证接收机对卫星信号的良好接收，GPS基站的建设选址要求十分严格。该系统一般在大型滑坡群地区使用，巴东滑坡群即使用该系统进行监测。激光雷达测量法：机载激光雷达（LIDAR）是近年来在摄影测量与遥感领域发展起来的新型技术，通过安装在飞机上的机载激光探测和测距系统，测量边坡的三维坐标。生成LIDAR数据影像及数字高程模型，从而获取其位移形变量及沉降高度值。与人工检测方式相比，载有雷达的飞机可深入到交通遭受严重破坏的重灾区，快速对大范围区域进行数据采集及数据分析，可为避免次生地质灾害发生提供技术支撑和灾害预警。LIDAR技术通过快速获取研究区数字地面模型（DTM）、数字高程模型（DEM）、数字表面模型（DSM）、数字城市模型（DCM），快速判断地震对道路、城镇有重大影响的边坡地段造成的三维形变，检测边坡位移、形变量；快速检测地震灾区边坡健康状况，以及地震影响后潜在滑坡区域受损后的风险性和形变发展趋势：及时排查病险地段，重点确定高危地段，用于指导救灾抢险、疏散人群。可对已滑坡地段其受损后的形变发展趋势进行预测，指导灾后恢复重建的规划、滑坡风险评价等。星载合成孔径雷达干涉测量法：利用卫星在相同（相邻）轨道上对同一地区拍摄SAR图像，以滑坡区域形变前、后的SAR图像为基础，获得该地区的滑坡区域不同时期的干涉图像，然后用不同时期的干涉图像差分处理，获取地表的微量变形。与传统的滑坡位移测量相比，星载合成孔径雷达干涉监测具有明显的优势。一是，由于卫星雷达干涉测量能够覆盖几百到上千平方公里的范围，因此可以获得整个滑坡区域的形变位移数据。二是，卫星雷达城乡能够穿透云层，并不受时间限制，可以对滑坡区域进行实施动态监测。三是，雷达差分干涉测量技术能级厘米量级测量地表形变，分辨率和精度都很高。不过，星载合成孔径雷达测量需要精确的DEM数据，由于滑坡常常发生在地形陡峭的区域，在数据采集的过程中，会有很多因素带来误差。此外，潮湿的天气和高植被覆盖率也会影响到SAR图像的相关性。除了地表位移观测外，为了全面地掌握滑坡体各个部位的位移动态情况，有时还需进行深部位移观测。虽然，相对于地表位移监测，深部位移监测使用较少，但是由于其对滑移与错动构造类型的滑坡监测具有较好的效果，有时也作为一种辅助手段，被应用到滑坡监测中。如钻孔倾斜测量法。钻孔倾斜测量法的原理是根据摆锤受重力影响，测定以垂线为基准的弧角变化，一般由测斜管、传感器、数字式测读仪三部分组成。监测过程中，用倾斜仪每隔一定时间逐段测量钻孔的斜率，从而获得岩土水平位移及其随时间变化，。采用钻孔倾斜仪监测滑坡深部水平位移，通过监测可以确定岩（土）体内滑裂面的位置、大小和滑动方向，从而可以定性的了解滑坡深部滑带稳定性。除了上述的滑坡位移监测技术以外，昀近几年，基于光纤传感的滑坡监测系统开始受到人们的重视。与传统传感器相比，光纤传感器有许多优点，如质量轻、体积小、耐腐蚀、抗电磁干扰、灵敏度高、分辨率高、维护费用低、传输频带较宽，可进行大容量信息的实时测量，使大型结构的健康监测成为可能，并且分布或者准分布式测量，能够用一根光纤测量结构上空间多点或者无限多自由度的参数分布，是传感技术的新发展。1989年，Mendez[6]等人首先提出了把光纤传感器用于混凝土结构的检测。之后，日、美、德、瑞士等许多国家得研究人员先后对光线传感系统在土木工程中的应用进行了研究，目前其应用范围已经从混凝土的浇筑过程扩展山体滑坡等复杂系统的测量或监测。国内在光纤传感器的应用方面还刚刚起步，大多数还处在试验室研究阶段。但是，国内外如火如荼的研究热潮，显示出光纤传感器的强大生命力和美好的应用前景。本文对滑坡监测（特别是滑坡地表监测）的技术现状做了系统的介绍。由介绍可知，随着科学技术的发展，滑坡位移监测的技术手段，已经由传统的机械测量法，发展为与激光、GPS、星载雷达、近景测量等的多种新兴技术相结合的滑坡监测方法。其技术特点，从原始的手动、静态、局部，逐渐发展为自动、实时、全局检测，取得了全面的质的飞跃。随着光纤传感的发展，未来滑坡监测的实时性和灵敏度将会得到进一步的加强，从而避免滑坡灾害提供更为有力的保障。[1]仝达伟,张平之等.滑坡监测研究及其昀新进展.传感器世界.2005.11(6):10-14.[2]董勖壮.浅谈滑坡成因及防治措施.矿业工程.2009.7(1):8-11.[3]朱红五.边(滑)坡的安全监测.大坝观测与土工测试.1996.20(4):23-26.[4]王秀美,贺跃光等.数字化近景摄影测量系统在滑坡监测中的应用.测绘通报.2002.2:28-30.[5]张继贤.3S支持下的滑坡地质灾害监测、评估与建模.测绘工程.2005.14(2):1-5.[6]MendezA,MorseT．F．andMendez．ApplicationsofembeddedfiberopticsensorsinreinforcedConcretebuildingsandstructures[R].SPIE.1990:60-69.