关键词：露天边坡;变形;监测技术
中图分类号：TD804文献标识码：A
1 GPS-RTK监测技术的应用
1.1 GPS-RTK技术的应用优势
（1）定位精度较高。按照相关数据的应用，可以在50km的基线以内，能够达到百万分之一的定位精度；（2）GPS-RTK卫星数量较多，分布也比较均匀，不受天气变化的影响，基本上GPS-RTK技术可用于任何地方、任何工程；（3）GPS-RTK监测技术可以进行全天候、全时段的观测，对突发性的变形能够进行快速、及时的反馈；（4）GPS-RTK监测技术的监测时间需求较短，编程、自动化以及智能化等方面的技术特征突出，可以为GPS-RTK技术提供许多基础性的支持，随着近些年GPS-RTK技术持续发展，20km以内的静态定位时间只需要10多分钟。
1.2具体应用
边坡的变形监测是一种反复性的变化过程，所以在监测期间也需要根据边坡的特征做好重复性的观测。在保障监测点位置合理性的同时还需要做好不同点位的调控，保障精度和观测频率的准确性。以沉降监测为例，可以采用GPS-RTK的技术方式进行处理，首先是做好基准点、监测点的选取。基准点普遍需要设置3个以上，在保障稳定性的基础上，结合测区实际情况，以提高工作效率为原则，做好基准点的选点埋设；监测点需要根据构筑物与边坡的关系和类型进行布设，除了分布均匀外，还要保证在受力不均匀处、地质变化较大处进行布设。基准点和监测点之间的距离应当控制在60m到200m左右，以提高效率及精度。其次，沉降监测的相关方案必须完善。需要确保监测的周期合理性，在保障监测点埋设稳定处于边坡、构筑物的基础上，需要做好主体施工处理，在主体施工期间需要间隔1层到2层进行监测，在峰顶和竣工完成之后则需要间隔1个月实行监测。在沉降变化不突出的情况下，可以适当的延长监测的间隔。在监测的方式以及仪器设备的选择方面，一般需要采用双频GPS接收机，以代替传统的水准测量。沉降监测方面需要做好监测位置的长期、连续性处理，保障监测的结果合理性。监测期间工作人员必须做好GPS接收机的调试校准，并按照监测计划做好日期、观测网以及方法的调控。在每一次监测完成之后需要及时做好相关数据记录，在计算相关结果和精度的同时需要及时调整闭合差，在计算不同的沉降点高程的同时需要做好监测点高程、日期以及荷载等多方面数据的记录，计算相关监测点的沉降数据情况，并做好相应时间、曲线的关系记录，保障监测结果的可靠性。
1.3注意事项
在监测过程中，边坡监测点位的选择应当尽可能规避坡底，其目的在于防止信号传输过程中造成遮挡，从而促使监测数据传输遭受影响，导致信号传输波动。所以监测点的选择一般是以遮挡物比较少并且容易监测的位置。煤层以及岩石层的布点过程中需要尽可能规避滑坡对于监测结果的影响。在埋石方面应当尽可能在冻土层之下区域进行布点，主要是因为这样的布点方式可以规避气候环境所导致的位移问题，同时将不同煤层的标志中线集中在一个铅垂线上，埋石的周边区域需要设置具体的标志，以便于后续的监测，从而保障监测的精度以及时效性；
2三维激光扫描技术
2.1三维激光扫描技术的基本原理
三维激光扫描仪的工作原理本质上是激光测距，通过仪器记录目标物体反射回来的激光信息，从而快速建立目标物体的三维模型。在扫描仪内，激光通过两个快速有序旋转的反光镜对划定范围开始扫描，通过计算激光脉冲往返的时间来确定目标距离，并利用编码器转换获得被测目标的三维精准坐标，再根据反射折回的激光强度确定目标的颜色信息。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.2具体应用
（1）原始数据采集
针对边坡现场的实际情况，选用三维激光扫描仪，将边坡划分为两个测站进行扫描。基于边坡的实际长度，在其对面合适位置架设测站，每次相邻测站的扫描范围应有两到三成的重合率，以便在处理点云拼接时能够精准匹配。科学有效地选择测站点位，对提升监测精度、减少作业时间十分重要。
（2）点云数据处理
点云数据处理主要按照图像划分、点云信息匹配、点云过滤和点云拼接四个步骤进行。深度划分图像。按照区域分割方法，将点云图像划分成不同区域，可以提高点云数据进一步处理和分析的效率。
点云信息的匹配。点云信息匹配的目的是将点云坐标转换为绝对坐标(大地坐标系统)。
点云过滤。扫描仪首先是垂直方向的线扫描，然后水平转动，再进行垂直方向线扫描，虽然扫描过程是规律有序的，但是获得的依然是较为散乱的点云数据，因此在建模之前需要对点云进行平滑处理。此外，对于一些原始点云数据庞大的目标，为了提高工作效率，需要对点云数据进行简化处理，降低密度。
点云拼接。多视点云拼接是点云数据处理的重要环节，即将不同测站扫描的点云数据通过坐标转换整合到统一的坐标系内，从而得到一个包含多次扫描点云数据的完整三维模型。现阶段，点云拼接方式主要采用使用靶标拼接和ICP算法等方法。
（3）边坡变形监测分析
边坡变形监测分析就是将处理好的不同监测周期的点云数据通过软件进行叠加分析，对比每个点的位移量，从而得到边坡变形的相关数据。对边坡坡体进行多周期的扫描监测，经过处理得到不同周期完整的三维点云模型，再利用点云数据建立对应的DEM模型，通过叠加分析多期DEM模型得到其差分图，从而进行边坡变形的分析研究。
2.3优势与不足
三维激光扫描技术作为远距离非接触测量的技术手段，相比较于传统的边坡监测方法，它实现了由“点”到“面”的突破，极大的提升了监测效率，降低了人力成本，减少了人为主观因素对监测结果的影响。并且由于其非接触测量的特性，在针对高陡边坡等不易攀爬或危险的环境中，对比传统手段具有明显的优势，极大地保障了作业人员的生命安全。虽然三维激光扫描技术的发展已经较为成熟，但其在边坡变形监测上依然存在一定的不足，主要表现在以下几个方面:
(1)受植被影响较大。因为三维激光扫描技术获取的是边坡坡面的形态信息，而激光脉冲无法穿透植被覆盖，导致滤波处理后的点云数据会形成空洞区域。
(2)受地形因素制约较大。在野外实际作业时，部分边坡无法在其对面找到合适观测站点，制约了三维激光扫描技术的使用。
(3)受激光功率影响较大。三维激光扫描仪的激光脉冲功率均在安全功率范围内，导致三维激光扫描仪的扫描距离受到制约，在部分露天采矿边坡中使用效果不佳。
结束语
综上所述，GPS-RTK技术对于露天边坡变形的实时监测而言，其能够及时有效的发现边坡的变形情况，并为后续的边坡加固施工提供可靠的数据支持。三维激光扫描技术可以精准地获得边坡坡体表面的变形情况，提高监测效率和保障作业人员的安全性，虽然其依然存在一定的不足，但它依然为边坡监测提供了新的一种高效、可靠的监测手段。
参考文献
[1]霍欣杰，崔磊，蒋国辉，etal.浅析三维激光扫描仪在边坡变形监测中的应用[J].测绘通报，2017，31(11):160-161.
[2]王建民.矿山边坡变形监测数据的高斯过程智能分析与预测[J].测绘学报，2017，15(09):138-139.
论文作者:梁连彬
论文发表刊物:《城镇建设》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/14
标签：激光论文; 技术论文; 数据论文; 扫描仪论文; 基准点论文; 精度论文; 露天论文; 《城镇建设》2020年第2期论文;