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摘要：把GIS用在邊坡變形監(jiān)測中的最大優(yōu)點(diǎn)是，借助可視化的技術(shù)，從視覺角度出發(fā)來探索被監(jiān)測對象的變形，以及實(shí)時(shí)的改變影響邊坡變形的值，對邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行快速和全面的分析，從而采取有效而又經(jīng)濟(jì)的邊坡加固措施。...

GIS在邊坡監(jiān)測與預(yù)防中應(yīng)用

朱鵬普

(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都610031)

    隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來越多的高速鐵路和公路在高山、丘陵地帶通過，必然會有越來越多的人為或自然的邊坡產(chǎn)生，高中低邊坡均有；同時(shí)也會伴隨著產(chǎn)生許多不穩(wěn)定的邊坡，如何及時(shí)有效地對這些不穩(wěn)定的邊坡進(jìn)行預(yù)防和治理，是工程治理前后都必須面對的問題。

    以前的預(yù)防與監(jiān)測，都是通過人工作業(yè)，在一定的時(shí)間到現(xiàn)場進(jìn)行觀測，得出相關(guān)的數(shù)據(jù)，來判斷這些邊坡是否穩(wěn)定。這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還不能及時(shí)進(jìn)行預(yù)防和治理，其結(jié)果往往是亡羊補(bǔ)牢，不但加大開支，還影響施工和運(yùn)營。那么有沒有一種方法，可以及時(shí)有效地對這些不穩(wěn)定的邊坡進(jìn)行預(yù)防和監(jiān)測呢?目前比較有效的方法就是利用GIS(地理信息系統(tǒng))。這種方法可以有效地對邊坡進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)防。

1.GIS邊坡監(jiān)測的具體步驟

    (1)確定要監(jiān)測的邊坡，對邊坡進(jìn)行仔細(xì)的測量和調(diào)查，得出相關(guān)的工程地質(zhì)和三維坐標(biāo)等一系列的資料。

    (2)利用GIS強(qiáng)大的三維功能，在計(jì)算機(jī)中建立該邊坡三維模型。三維模型要基于實(shí)際測量的結(jié)果確定。

    (3)在邊坡關(guān)鍵位置，布設(shè)信號傳感器，并和計(jì)算機(jī)無線連接，在三維模型中確定其具體的位置。

    (4)所有的工作完成后，就可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)測。還可以進(jìn)行多個(gè)邊坡同時(shí)監(jiān)測。這種方法不但省時(shí)省力，最主要是可以及時(shí)的提供邊坡的現(xiàn)狀，快速的反應(yīng)在GIS中，以便進(jìn)行相關(guān)的預(yù)防和治理。

2.工程實(shí)例概況

    京珠高速公路是我國高速公路主干線之一，其中粵境北段位于廣東北端，北接湖南耒(陽)宜(章)段，南接粵境南段，途經(jīng)樂昌、乳源、曲江和韶關(guān)，路段全長l09.93km。途中邊坡地段較多(圖1)，邊坡中的問題也林林種種，同時(shí)還要時(shí)刻關(guān)注其發(fā)展的事態(tài)，這就需要一種方法或工具來預(yù)報(bào)及處理。在邊坡變形觀測中，最重要的數(shù)據(jù)就是空間數(shù)據(jù)(點(diǎn)位的坐標(biāo)和位移量)、外界條件和時(shí)間信息。傳統(tǒng)的做法就是把處理后的數(shù)據(jù)以報(bào)表的形式輸出，當(dāng)數(shù)據(jù)增多時(shí)，就可以根據(jù)前后的位移變化等得到時(shí)間與各參數(shù)的曲線，然后根據(jù)曲線得出邊坡的穩(wěn)定性。這種方法對于數(shù)據(jù)比較少的情況適用，當(dāng)數(shù)據(jù)多時(shí)，處理這種事情就需要很多的時(shí)間和精力，而且也不直觀。GIS技術(shù)的發(fā)明，為這種情況提供了很好的解決方法。

圖1  工程中的一個(gè)截面圖

3.主要研究方法   

   (1)將某個(gè)工點(diǎn)的地形圖用掃描儀輸入，作為基圖，將其設(shè)為底層。在工點(diǎn)外設(shè)置控制點(diǎn)；在工點(diǎn)內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的變形觀測點(diǎn)。在相隔一定時(shí)段進(jìn)行變形觀測，通過前后兩次或數(shù)次的數(shù)據(jù)變化，得出該工點(diǎn)是否存在位移。并建立相關(guān)的數(shù)據(jù)庫。這種觀測僅限于對表面位移的變形觀測。根據(jù)不同的規(guī)范，邊坡高度超過某一高度后，在邊坡上設(shè)置深井觀測點(diǎn)。觀測點(diǎn)的數(shù)量根據(jù)不同的條件而變化。觀測方法與二維相同，只是由二維變?yōu)槿�維。這種觀測可以得到三維的變形情況。數(shù)據(jù)得出后，根據(jù)不同的需要，進(jìn)行邊坡變形分析，從而得出邊坡的變形位移量、邊坡維護(hù)工程措施的情況，然后作相關(guān)的處理。

    (2)邊坡數(shù)據(jù)庫的建立。由于關(guān)系數(shù)據(jù)庫具有簡單的表結(jié)構(gòu)管理，完備的二元理論支持及完善的 SQL語言支持。所以對邊坡的圖形和屬性數(shù)據(jù)，也可以采用數(shù)據(jù)庫以建立關(guān)系表的方法來管理。對于邊坡的圖形數(shù)據(jù)，分面和體兩種來管理。面表主要是用來存儲各個(gè)層面的圖形數(shù)據(jù)，體表是從總體上對邊坡的圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。

    邊坡的屬性數(shù)據(jù)非常多，它是對邊坡穩(wěn)定性分析的重要依據(jù)。根據(jù)影響邊坡的穩(wěn)定性，邊坡的屬性數(shù)據(jù)可分為內(nèi)部和外部屬性數(shù)據(jù)。其中內(nèi)部屬性數(shù)據(jù)主要是指地質(zhì)數(shù)據(jù)，包括：巖體結(jié)構(gòu)面的成因類型及特征、巖性、地下水；外部屬性數(shù)據(jù)指的是影響邊坡穩(wěn)定性的外界條件因素，包括：氣溫、降雨量、植被、各種震動、人工加固邊坡而帶來的各種負(fù)荷。以上數(shù)據(jù)都可以建立相應(yīng)的關(guān)系表來存儲。

    (3)三維模型的建立。利用測量和調(diào)查得到的資料，建立三維空間位置模型。模型的建立，要基于該邊坡真實(shí)的情況，如：三維空間坐標(biāo)的確立、標(biāo)高及等高線等，要嚴(yán)格根據(jù)測量的結(jié)果，同GPS得到的坐標(biāo)相一致；否則會產(chǎn)生誤差，影響邊坡監(jiān)測的結(jié)果。

    (4)確定監(jiān)測點(diǎn)。監(jiān)測點(diǎn)的位置，要放在最能反映邊坡動態(tài)的位置；如果對滑坡的監(jiān)測，需在滑坡體和基底同時(shí)設(shè)立，以便建立相應(yīng)的位移關(guān)系。

    (5)將監(jiān)測點(diǎn)的位置放在三維模型中，就可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離及時(shí)的監(jiān)測了；同時(shí)要特別注意的是，監(jiān)測點(diǎn)在三維坐標(biāo)中的位置，一定要和實(shí)際的相一致，否則誤差就會嚴(yán)重影響監(jiān)測的結(jié)果。

    (6)該系統(tǒng)不但能得到位移關(guān)系，同時(shí)還能有效的對邊坡的各種物理參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，從而對今后的工作提供有效的參考資料。

4.總  結(jié)

    把GIS用在邊坡變形監(jiān)測中的最大優(yōu)點(diǎn)是借助可視化的技術(shù)，從視覺角度出發(fā)來探索被監(jiān)測對象的變形，以及實(shí)時(shí)的改變影響邊坡變形的值，對邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行快速和全面的分析，從而采取有效而又經(jīng)濟(jì)的邊坡加固措施。

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(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

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