Aplicación del GPS en el monitoreo de pendientes altas de Wushan

(1 Estación de Monitoreo del Medio Ambiente Geológico del Condado de Wushan, Ciudad de Chongqing, 434700; Instituto de Investigación del Estrés de la Tierra de la Administración de Terremotos de China, Beijing, 100085)

El área urbana del condado de Wushan es una de las áreas clave para el reasentamiento del Proyecto de las Tres Gargantas y también es un área propensa a deslizamientos de tierra y desastres geológicos en el área del embalse bajo la influencia de factores inducidos como la lluvia prolongada y los humanos. Debido a las actividades de ingeniería, algunas pendientes altas han experimentado deformaciones y grietas locales. Para garantizar la reubicación de inmigrantes en el área del embalse y la seguridad de las vidas y propiedades de las personas, el monitoreo de las altas pendientes en el condado de Wushan en el área del embalse de las Tres Gargantas es particularmente importante. Este artículo analiza las cuestiones relacionadas con el uso de la tecnología GPS para monitorear la deformación de pendientes altas en Wushan, analiza los principios de selección de los puntos de monitoreo GPS y resume los resultados de las observaciones GPS en los últimos dos años.

Palabras clave Línea de base GPS; borde de pendiente alta

1 Descripción general

El nuevo condado de Wushan está ubicado en la ladera sobre el antiguo condado en la orilla norte del río Yangtze. . Las condiciones geológicas del sitio son complejas y el terreno está fragmentado, por lo que el área apta para la construcción es bastante limitada. En la construcción de nuevas ciudades y en la excavación de carreteras se produce inevitablemente un gran número de taludes artificiales. La mayoría de estas pendientes superan los 40 grados y la mayoría controla suelo urbano. Una vez inestable, bloqueará el tráfico, amenazará gravemente las vidas y propiedades de las personas, pondrá en peligro la construcción del proyecto de reasentamiento, afectará el progreso de los trabajos de reasentamiento del Proyecto de las Tres Gargantas y se convertirá en un obstáculo para el proyecto de reasentamiento. Por ello, resulta especialmente importante realizar un seguimiento de las pendientes para asegurar la reubicación de inmigrantes en la zona del embalse.

El propósito de este trabajo es utilizar la tecnología GPS para monitorear exhaustivamente las altas pendientes y los altos muros de contención de Wushan New Town, y acumular datos para estudiar la estabilidad de estas pendientes. Generalmente hay dos opciones para el monitoreo de desplazamiento por GPS: la primera opción es establecer un sistema de observación GPS desatendido en el punto de monitoreo para lograr monitoreo, análisis de deformación y predicción en tiempo real a través del control de software. La segunda opción es utilizar múltiples receptores GPS para realizar observaciones periódicas en los puntos de monitoreo y luego realizar análisis y predicción de deformaciones después del posprocesamiento de los datos. La primera solución se puede utilizar para el monitoreo en tiempo real con un alto grado de automatización, pero el costo del sistema de monitoreo es muy elevado porque es necesario instalar un receptor GPS en cada punto de monitoreo. Aunque la segunda opción requiere mucha mano de obra y tiene un bajo grado de automatización, es menos costosa y tiene ventajas obvias cuando hay muchos puntos de monitoreo.

El segundo método utiliza principalmente GPS para monitorear las altas laderas de Wushan, lo que reduce en gran medida el costo del sistema de monitoreo.

2 Sistema de red de monitoreo GPS de Wushan

2.1 Diseño de la red de referencia GPS

El vector de línea base obtenido mediante la medición GPS pertenece a la diferencia de coordenadas tridimensional de la Sistema de coordenadas WGS-84. Pero en la práctica de la ingeniería utilizamos coordenadas en el sistema de coordenadas geodésicas nacional o en el sistema de coordenadas local. Por tanto, primero debemos aclarar el sistema de coordenadas y los datos iniciales utilizados por la red GPS, que es la denominada cuestión de referencia.

El diseño de referencia de la red GPS incluye referencia de posición, referencia de escala y referencia de orientación. La referencia de ubicación generalmente puede venir dada por las coordenadas de una estación de referencia de la red GPS más avanzada, o puede determinarse seleccionando las coordenadas de los puntos de control urbano existentes. Debido a que en el área del embalse de las Tres Gargantas aún no se ha construido la red GPS de primer nivel emprendida por el Ministerio de Tierras y Recursos, solo se puede implementar sobre la base de los puntos de control urbano existentes. Basándonos en la información proporcionada por los departamentos pertinentes de Wushan, seleccionamos algunos puntos de control para realizar pruebas conjuntas. Después de pruebas conjuntas, se determinaron en consecuencia el punto de referencia de posición, el punto de referencia de escala y el punto de referencia de orientación de la red de monitoreo GPS de Wushan.

2.2 Principios para la selección de la red de monitoreo GPS de Wushan

Sabemos que se debe prestar atención a los siguientes puntos en los puntos de monitoreo GPS:

(1) Monitoreo Los puntos deben ubicarse sobre cimientos relativamente estables, una posición más alta donde el equipo receptor sea fácil de colocar;

(2) Para reducir la señal de GPS que se bloquea o absorbe por obstáculos, no debe haber lugares altos. obstáculos de más de 15 metros alrededor del campo de visión;

(3) El punto debe estar lejos de transmisores de radio de alta potencia, la distancia no debe ser inferior a 200 m de transmisión de alto voltaje; líneas, la distancia no debe ser inferior a 50 m, para evitar interferencias de campos electromagnéticos en las señales de GPS;

Cerca del punto (4) no debe haber grandes áreas de agua u objetos que interfieran fuertemente con la recepción de la señal satelital. , como árboles altos, para debilitar el impacto del efecto de trayectoria múltiple;

(5) La pendiente debe basarse en las características morfológicas, las características de deformación, los factores dinámicos y los pronósticos de seguimiento (orientación de la deformación, cantidad de deformación, tasa de deformación, dinámica espaciotemporal, dinámica de construcción, tendencias de desarrollo, etc.) determinan la ubicación del punto. ), y estos puntos pueden reflejar verdaderamente las partes sensibles a la deformación del cuerpo geológico peligroso.

Sin embargo, en la selección y el estudio del sitio real, hay muchas pendientes altas y muros de contención altos en el nuevo condado de Wushan, especialmente edificios densos de gran altura, y algunas condiciones del sitio no pueden cumplir completamente con los requisitos anteriores.

2.3 Construcción de una red de monitoreo GPS

Toda la red de monitoreo GPS de Wushan consta de más de 40 pilas de monitoreo de deformaciones, distribuidas por todo el condado de Xin, condado de Wushan. La red de monitoreo se diseña mediante expansión de gráficos sincrónicos, que es el método más comúnmente utilizado en el tendido de redes GPS. Es decir, se colocan múltiples receptores GPS en diferentes estaciones de referencia para realizar observaciones simultáneas. Después de un período de observación, varios receptores se trasladan al siguiente conjunto de estaciones. Entre los dos conjuntos de observaciones, hay algunos puntos en común entre los dos gráficos de sincronización hasta que se cubre toda la red. Este método de colocación de malla es fácil de operar, tiene alta intensidad gráfica, rápida expansión, fácil organización y se usa ampliamente en el trabajo práctico.

3 Procesamiento de datos de monitoreo GPS y análisis de precisión

Dado que la cantidad de deformación a monitorear es relativamente pequeña, para medir con precisión sus cambios, se requiere que la red de monitoreo de deformación tenga alta precisión. En este sentido, en el diseño de la red de monitoreo de pendientes altas de Wushan, se requiere que la red de monitoreo de pendientes altas GPS construida cubra las pendientes altas y empinadas donde los inmigrantes se mudan al condado y los proyectos importantes de reasentamiento. La precisión del cálculo del plano de las coordenadas de referencia de la red de monitoreo es mejor que 2 mm y la precisión de la elevación no es menor que 4 mm; la precisión del cálculo del plano de las coordenadas del punto de monitoreo de deformación es mejor que 3 mm y la precisión de la elevación no es menor; de 6 mm después de su puesta en funcionamiento normal, se puede obtener la altura del área de reasentamiento. Los datos de medición confiables, continuos y a largo plazo de las coordenadas de los puntos de monitoreo de pendientes pronunciadas pueden servir para el monitoreo de desastres geológicos relacionados y la toma de decisiones de alerta temprana.

Los principales requisitos técnicos de las especificaciones nacionales de topografía urbana para redes GPS urbanas o de ingeniería se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1 Especificaciones de medición urbana, requisitos técnicos para la precisión de medición de la red GPS urbana o de ingeniería

Al comparar los datos de la Tabla 1 con los resultados que obtuvimos, se puede ver que, aunque algunos monitoreos El punto de referencia de la red está bloqueado por altas pendientes y edificios cercanos, pero después del procesamiento de datos, el error de punto promedio de la medición de coordenadas planas es de 2 mm en la dirección horizontal y 5 mm en la dirección vertical, y la precisión relativa de la línea de base alcanza las 10 ppm. Los resultados de medición obtenidos son mejores que los requisitos establecidos en el diseño de ingeniería, y también son más altos que los requisitos técnicos para la precisión de la medición de redes GPS urbanas o de ingeniería en las "Especificaciones de topografía urbana" antes mencionadas.

El control de la deformación se caracteriza por observaciones periódicas repetidas. Las condiciones externas de las observaciones en cada período son básicamente las mismas y los errores sistemáticos en cada período son básicamente los mismos. Al analizar los resultados de mediciones de ciclos múltiples en el mismo lado y comparar sus diferencias, se puede probar la precisión del posicionamiento repetido y encontrar el área de deformación. Después de tomar métodos de medición adecuados y medidas de procesamiento de datos de observación, las diferencias entre los dos períodos básicamente no se ven afectadas por errores sistemáticos.

Resultados preliminares obtenidos de 4 mediciones

El análisis resumido de las cinco fases de los datos de medición del GPS de Wushan consiste en calcular los bordes vectoriales de cada fase por separado y dibujar el diagrama de tendencia de cambio de tiempo de cada borde del vector y analice los mismos bordes del vector se comparan uno por uno para determinar los bordes del vector que cambian anormalmente, y el área de deformación se encuentra después del análisis. Mediante el análisis y procesamiento de cinco datos de medición GPS, se encontró que hay cambios de tendencia en 14 bordes vectoriales. Los cambios de tendencia de estos 14 bordes vectoriales se pueden dividir en dos tipos:

4.1 Bordes vectoriales con. tendencias de deformación

Los seis bordes vectoriales con tendencias de deformación son los siguientes:

(1) WG 021-WG 081, el cambio acumulativo en los cinco períodos es de 16 mm, los bordes vectoriales son caracterizado por un acortamiento, y la tendencia de cambio es la siguiente Como se muestra en la Figura 1;

Figura 1 Curva de cambio acumulativo de cinco fases WGO21-WG081

(2) WG0154-WG048, el El cambio acumulativo de cinco fases es de 22 mm, y el borde del vector se caracteriza por acortarse primero y luego aumentar, y la tendencia del cambio se muestra en la Figura 2;

Figura 2 Curva de cambio acumulativo WG 0154-WG 048 para las cinco períodos

(3) WG048-WG065, el cambio acumulado para los cinco períodos es de 11 mm, el borde del vector muestra características de crecimiento y la tendencia de cambio se muestra en la Figura 3;

( 4) WG096-WG149, el cambio acumulativo en los cinco períodos es de 16 mm, el borde del vector muestra características de crecimiento y la tendencia del cambio se muestra en la Figura 4;

(5)WG100-WG022, el cambio acumulativo en los cinco períodos es de 11 mm, el borde del vector muestra características de crecimiento y la tendencia de cambio se muestra en la Figura 5;

(6)WG177-WG157, el cambio acumulado en los cinco períodos es de 10 mm y el El borde del vector muestra las características de crecimiento. La tendencia de cambio se muestra en la Figura 6.

4.2 La tendencia cambia obviamente, y debes centrarte en los bordes del vector.

Los ocho bordes de referencia con cambios de tendencia obvios son:

(1) WG 177-WG 140, el cambio acumulado en los cinco períodos es de 17 mm y los bordes del vector muestran las características de la tendencia de crecimiento y aceleración La tendencia del cambio se muestra en la Figura 7;

(2) WG201-WG157, el cambio acumulado en los cinco períodos es de 21 mm, el borde del vector muestra características de tendencia de acortamiento y aceleración, y la curva de deformación se muestra en la Figura 8;

Figura 3 Curva de cambio acumulativo del wgo 48-WG 065 en cinco períodos.

Figura 4 WG 096-WG 149 curva de cambio acumulado para cinco períodos

Figura 5 WG 100-WG 022 curva de cambio acumulado para cinco períodos

Figura 6 WG 177- Curva de cambio acumulativo de cinco períodos del WG 157.

Figura 7 Curva de cambio acumulado del WG 177-WG 140 en cinco períodos.

Figura 8 Curva de cambio acumulativo del WG 201-WG 157 para cinco períodos.

(3)WG162-WG022, el cambio acumulado en los cinco períodos es de 12 mm, el borde del vector muestra características de tendencia de crecimiento y aceleración, y la curva de deformación se muestra en la Figura 9;

(4)WG140-WG157, el cambio acumulativo en cinco fases es de 40 mm. El borde del vector se caracteriza por un crecimiento y muestra una tendencia de aceleración. La curva de deformación se muestra en la Figura 10;

Figura 9 Cambio acumulativo. curva de WG 162-WG 022 en cinco fases

Figura 10w g 140-WG 157 curva de cambio acumulativo en cinco fases

(5) WG162-WG032, el cambio acumulado en cinco fases es de 8 mm, y el borde del vector se caracteriza por el crecimiento, mostrando una tendencia acelerada. La curva de deformación se muestra en la Figura 11;

(6) WG100-WG149, el cambio acumulado en los cinco períodos es de 16 mm, el borde del vector se caracteriza por el crecimiento, mostrando una tendencia de aceleración, la curva de deformación es se muestra en la Figura 12;

Figura 11wg 162-WG 032 curva de cambio acumulativo para cinco períodos

Figura 12wg 100-WG 149 curva de cambio acumulativo para cinco períodos

(7) WG157-WG201, cinco períodos El cambio acumulativo es - 21 mm y el borde del vector se caracteriza por acortamiento y aceleración. La curva de deformación se muestra en la Figura 13; WG171, el cambio acumulativo en los cinco períodos es de 25 mm y el borde del vector se caracteriza por el crecimiento. La curva de deformación se muestra en la Figura 14.

Figura 13wg 157-WG 201 curva de cambio acumulativo de cinco fases

Figura 14wg 048-WG 171 curva de cambio acumulativo de cinco fases

4.3 Deformación obtenida del monitoreo Punto de análisis de datos

El objetivo final del monitoreo de deformación por GPS es analizar y determinar la cantidad de deformación del punto de deformación comparando la longitud del mismo lado del vector con las coordenadas del mismo punto de medición en cada ciclo. Mediante un análisis comparativo de las líneas de base y los bordes de la red de monitoreo de Wushan, se determinaron inicialmente algunos puntos de deformación. A juzgar por las características generales de la deformación, la dirección de la deformación es hacia el río Yangtze.

5 Resumen

Ha pasado más de un año desde la segunda fase de almacenamiento de agua en la zona del embalse de las Tres Gargantas. Con el alto nivel actual de agua, si se superponen factores de precipitación, aumentará el riesgo de inestabilidad de pendientes altas y muros de contención altos. Se recomienda que, al mismo tiempo que se fortalece el monitoreo profesional, se lleve a cabo un monitoreo y prevención masivos, y se hagan esfuerzos para minimizar las pérdidas que los desastres geológicos puedan causar a la vida y la propiedad de las personas. Se debe fortalecer el monitoreo GPS para las áreas de deformación determinadas mediante el análisis de datos de monitoreo, y el monitoreo debe llevarse a cabo activamente a través de diversos medios, especialmente durante la temporada de lluvias. Durante la temporada de lluvias, la medición por GPS se puede realizar cada enero y la medición de la inclinación se puede realizar cada 15 días para descubrir peligros ocultos y hacer predicciones oportunas para garantizar la seguridad de las vidas y propiedades de las personas. Al mismo tiempo, se llevan a cabo investigaciones multidisciplinarias sobre el proceso de falla y las leyes de deformación de pendientes altas, y se exploran activamente formas efectivas de predecir correctamente la deformación, la inestabilidad y la falla de las pendientes.

Referencia

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Yue Shun.

Investigación sobre la gestión integral del deslizamiento de tierra de Shangxiping en el condado de Wushan, área del embalse de las Tres Gargantas [tesis de maestría]. Universidad de Chongqing, 2002, (12)