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IBIS-L系统与TM30全站仪在边坡变形监测中的对比分析

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第３５卷第４期　２０１５年８月　大地测量与地球动力学　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｇｅｏｄｅｓｙ　ａｎｄ　Ｇｅｏｄｙｎａｍｉｃｓ　ＶｏＩ．３５　Ｎｏ．４　

Ａｕｇ．，２０１５　

文章编号：１６７１—５９４２（２０１５）０４—０７１８—０４　

ＩＢＩＳ—Ｌ系统与ＴＭ３０全站仪在　边坡变形监测中的对比分析　

余红楚　左小清　字陈波　徐小坤　王利启　刘海波　１　昆明理工大学国土资源工程学院，昆明市文昌巷６８号，６５００９３　２华能澜沧江水电有限公司，昆明市世纪城中路１号，６５０２１４　

摘要：使用ＩＢＩＳ－Ｌ系统对大型水电站边坡长时间的监测数据进行分析和处理，并与ＴＭ３０全站仪进行变　形监测精度对比。试验表明，ＩＢＩＳ系统可得到在雷达视线方向优于ｍｍ级精度的形变结果，优于ＴＭ３０全站　仪，可以实现高分辨率、高精度、实时的大型水电站边坡长时间变形监测。　关键词：ＩＢＩＳ－Ｉ　系统；ＴＭ３０全站仪；边坡变形监测；对比分析　中图分类号：Ｐ２５８　文献标识码：Ａ　

传统水电站边坡变形监测技术主要包括水准　仪、全站仪及测量机器人等。水准仪精度高，但在　陡峭的边坡受到观测高差的限制，难以施测。采　用全站仪和测量机器人需要在边坡上埋设大量观　测墩，人力资源成本高，前期准备周期长，后期需　要对每个观测墩的数据进行计算整理　］。ＩＢＩＳ—Ｌ　系统获取监测区域的二维影像，利用合成孔径技　术和步进频率连续波技术实现雷达影像方位向和　距离向的高分辨率，通过比较不同时间影像中目　标点的电磁波相位信息，采用干涉技术求取监测　区域的变形量，实现优于ｍｍ级的微变形监　测¨２　］。本文对ＩＢＩＳ－Ｌ系统为期一个月的大型水　电站边坡监测数据进行分析，并与ＴＭ３０全站仪　进行变形监测精度对比。　１试验方案与数据处理　１．１试验方案　试验在某水电站边坡进行。选取位于不同边　坡上的３个监测点进行对比分析，其中包含两个　自动观测点和一个人工观测点。　ＴＭ３０全站仪监测频率为４　ｄ测量一次，监　测周期３０　ｄ。利用水电站提供的ＧＰＳ基准网中　的控制点作为监测基准点。数据采集完成后先进　行仪器常数改正、气象改正和倾斜改正等距离改　正，再计算监测点坐标。　ＩＢＩＳ—Ｌ系统安置在边坡对岸的简易棚内。　试验中ＩＢＩＳ—Ｌ系统的测点无法直接与边坡已有　的ＴＭ３０全站仪监测点相重合，所以为了方便对　比分析，在ＴＭ３０全站仪监测点旁安置角形反射　器，以便准确识别全站仪监测点的位置。ＩＢＩＳ—Ｌ　系统２４　ｈ实时监测，一次采样时问为６　ｍｉｎ。　１．２监测数据处理　１．２．１　ＴＭ３０全站仪数据处理　ＴＭ３Ｏ全站仪测量采用０８—１２、Ｏ８—１５、Ｏ８—２１　和０８—２５观测值的均值作为初值，计算之后每期　的三维位移向量。由于ＩＢＩＳ—Ｌ系统测量的是仪　器视线方向位移，必须进行投影变换。采用　ＴＭ３０全站仪测出ＩＢＩＳ—Ｌ系统中心的三维坐标，　计算视线向量。设向量Ａ一（Ｘ　，Ｙ　，Ｚ　），Ｂ一　（Ｘｚ，Ｙ　，Ｚ。），则Ａ向量在Ｂ向量上的投影为　Ｘ１Ｘ２＋ｙｌｙ２＋Ｚ１Ｚ２　＿＿　。　据此，计算ＴＭ３０监测　的三维位移向量在ＩＢＩＳ—Ｌ系统视向的投影，并计　算累积位移（表１、２）。　１．２．２　ＩＢＩＳ－Ｌ系统监测数据处理　１）数据定标和聚焦处理　ＩＢＩＳ－Ｌ系统获得一维信号数据，对数据进行　定标和聚焦处理，得到距离向分辨率０．５　ｍ、方位　向分辨率４．４　ｍｒａｄ的二维扇形图像　。　２）干涉处理　通过设定阈值（强度值或相干系数）去掉质量　

收稿日期：２０１４　１２　２８　项目来源：糯扎渡电厂边坡多波束雷达观测研究项目（ＮＺＤＤＣ２０１４／Ｐ１６）。　第一作者简介：余红楚，硕士生，主要研究方向为ＩｎＳＡＲ数据处理，Ｅ—ｍａｉｌ：１０６３７１６０８９＠ｑｑ．ｃｏｒｎ。　通讯作者：左小清，博士，教授，主要从事数据挖掘和遥感图像处理研究，Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｕｏｘｑ＠１６３．ＣＯＦＩ１。　第３５卷第４期　余红楚等：ＩＢＩＳ－Ｌ系统与ＴＭ３０全站仪在边坡变形监测中的对比分析　７１９　Ｏ８—１５　０８—１７　０８—２１　０８—２５　０８—２８　０９一Ｏ２　Ｏ９一Ｏ６　Ｏ９—１　０．０Ｏ１　３　ｏ．ｏｏ２　ｏ　ｏ．ｏｏ１　２　—０．００２　４　ｏ．ｏｏｏ　２　ｏ．ｏｏ２　１　ｏ．ｏｏ１　９　０．Ｏ０３　３　０．Ｏ００　４　ｏ．００２　８　ｏ．ｏｏ１　７　ｏ．ｏｏ１　６　０．００３　６　ｏ．００２　１　０．０００　２　ｏ．ｏｏ１　４　ｏ．ｏｏ２　１　ｏ．００２　１　０．０Ｏ１　２　ｏ．ＯＯＯ　７　ｏ．ＯＯＯ　８　０．０００　５　０．ＯＯ１　４　０．ＯＯ１　６　ｏ．ｏｏ１　４　ｏ．ｏｏ３　６　ｏ．ｏ０Ｏ　８　ｏ．ＯＯ１　２　ｏ．ＯＯ２　１　ｏ．ｏｏ２　ｏ　０．０Ｏ１　６　ｏ．ｏｏ３　４　ｏ．ｏｏ１　２　ｏ．ｏｏ１　３　ｏ．ｏｏ１　９　ｏ．ｏｏ３　２　ｏ．ｏｏ２　ｏ　０．００１　７　ｏ．ｏｏ２　２　ｏ．ｏｏｏ　５　ｏ．ｏｏｏ　４　０．００ｏ　５　ｏ．ｏｏ１　１　Ｏ．０Ｏｌ　９　０．００３　２　０．００１　４　Ｏ．Ｏ０３　８　ｏ．ｏｏ３　４　ｏ．ｏｏ１　３　０．Ｏ００　６　０．００２　９　ｏ．ＯＯ１　６　０．００３　１　０．００２　４　０．００１　６　ｏ．ＯＯ１　５　ｏ．ｏｏｌ　６　３４６．８０９　２　６３７．４３５　６　４５７．１９２　５　３４６．８０６　８　６３７．ｄｅ３５　４　４５７．１９Ｏ　４　３４６．８Ｏ１　９　６３７．４２８　３　４５７．１９ｏ　８　３４６．８０４　５　６３７．４２５　３　４５７．１９２　４　３４６．８０８　１　６３７．４２４　４　４５７．１９２　２　３４６．８Ｏ９　５　６３７．４２６　５　４５７．１９４　３　３４６．８１Ｏ　７　８８７．５２４　５　６８５．７９６　３　３１８．６２１　Ｏ　８８７．５２５　９　６８５．７９７　９　３１８．６ｌ９　６　８８７．５２９　５　６８５．７９８　７　３１８．６１９　８　８８７．５２７　４　６８５．７９６　７　３１８．６２１　４　８８７．５３０　ｏ　６８５．８０２　６　３１８．６２３　１　８８７．５２８　１　６８５．８０２　２　３１８．６１６　４　８８７．５２９　８　２１．９２６　６　５１．９７７　２　９７．５８４　９　２１．９２７　１　５１．９７６　１　９７．５８３　０　２１．９３４　３　５１．９７４　７　９７．５８６　８　２１．９４０　８　５１．９７６　ｏ　９７．５８６　２　２１．９３３　７　—５１．９７７　６　９７．５８３　１　２ｌ＿９３１　３　５１．９７９　２　９７．５８１　６　２１．９３２　９　ｏ．ｏｏ１　１　０．Ｏ０３　２　０．００４　０　６３７．４２５　４　６８５．８０９　４　—５１．９７５　２　ｏ．００２　８　—０．０００　８　—０．００３　５　４５７．１９１　５　３１８．６２０　６　—９７．５８５　１　ｏ．００２　７　一ｏ．００１　５　０．００１　１　３４６．８０３　７　８８７．５２８　３　—２１．９３１　８　ｏ．００２　３　一ｏ．００２　８　ｏ．ｏｏ３　９　６３７．４２５　２　６８５．８００　３　—５１．９７１　３　一ｏ．ｏｏｏ　７　一ｏ．００２　１　一ｏ．ｏｏ１　７　４５７．１９０　８　３１８．６１８　５　—９７．５８６　８　不好的点，保证干涉图像的可靠性＿５＿。对数据进　行干涉处理，首先选择一个主影像，然后分别和乘０　余的影像进行干涉。干涉后，可以设定合适的滤　波窗口对于涉图进行滤波处理，除去噪声的影响，　保证相位的连续性，加快解缠的速度　］。滤波结　束后可以对滤波后的影像进行相位解缠，获得真　实的距离相位［７］。　３）差分处理　对干涉图进行两两差分处理，获得不同时刻　距离向相位变化值。把差分获得的相位转换为距　离值，得到位移量。　４）误差校正　地面雷达观测的误差主要为视向形变误差，　包括干涉相位误差和系统工作频率偏移，干涉相　位误差包括大气干扰相位误差、干涉相位噪声和　散射体去相干。试验中，监测周期为３０　ｄ，系统频　率能维持稳定，系统的频率偏移极其微小，其误差　在０．Ｏ１　ｍｍ内，可以忽略不计。散射体具有高相　关性，散射体去相干可以忽略　。　１．１７５　５　ｏ．８ｏ２　２　１．１８６　７　０．４７５　２　０．９７２　２　２．８ｌ３　３　２．７１４　５　１．７３５　７　１．６５４　５　ｏ．８７６　６　２．５４６　２　２．０９０　６　１．７８４　４　２．４０５　７　—１．４２８　５　１．３１５　ｏ　ｏ．８１２　２　ｏ．３４０　１　２．Ｏ５６　４　１．３４７　ｏ　２．Ｏ８１　４　２．４０３　８　０．７２２　Ｏ　１．４＝５８　２　

大气水汽含量在时间空间上的变化引起的雷　达信号延迟是雷达干涉测量中不可忽视的误　差＿９］。根据雷达图像的热信噪比、估计信噪比、相　关性值和位移曲线，结合实地情况，选择热信噪比　高、估计信噪比高、相关性值接近１，且位移量在　误差范围内的点作为ＧＣＰ点（地面控制点）。　ＧＣＰ点相位变化只受环境变化影响。采用单个　ＧＣＰ点或多个ＧＣＰ点加权平均的方式对观测墩　所在的像素点进行校正，从而得到像素点的真实　位移。例如，点位１经过ＧＣＰ点校正后的位移变　化如图ｌ所示，从图上看，位移变化在１　ｍｍ之内　波动。这是因为ＧＣＰ点和观测点位在雷达图像　上处在不同的像元，ＧＣＰ点受环境的影响不能完　全反映观测点位微波路径上的情况，校正后存在　一定的误差。　ＩＢＩＳ—Ｌ系统是连续观测，ＴＭ３０全站仪是非　连续的，监测周期为４　ｄ一次，位移量是观测当天　

１　２　３　１　２　３　１　２　３　１　２　３　１　２　３　１　２　３　１　２　３　１　２　３　７２Ｏ　大地测量与地球动力学　２０１５年８月　。　。　０　萋。　

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图１点位１经ＧＣＰ点校正后的位移变化图　Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｃｈａｎｇｅ　ｇｒａｐｈ　ｏｆ　ｐｏｉｎｔ　ｏｎｅ　ａｆｔｅｒ　ＧＣＰ　ｐｏｉｎｔｓ　ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　

某一时段或某一时刻的观测值，故选取ＩＢＩＳ—Ｌ系　统相应观测日期的平均位移量与ＴＭ３０全站仪　监测值进行比较。从ＩＢＩＳ—Ｌ系统观测数据中提　取出Ｏ８—１５、０８—１７、０８—２１等的位移量，计算它们每　天的平均位移量和累积位移量（表３、４）。　２精度对比分析　根据ＴＭ３０全站仪和ＩＢＩＳ＿Ｌ系统在雷达视　线方向监测的累积位移值，绘制图２、３。　由图２看出，ＴＭ３０全站仪测量每个点的累　积位移都在４－３　ｍｌＴｌ内波动，呈不规则分布。这　是因为水电站边坡都比较稳定，３０　ｄ内形变值在　１～２　ｍｌＴｌ左右，而由于观测距离较远，约１　ｋｍ，　ＴＭ３０全站仪观测时受环境和视差等影响较大，　误差在Ｆｉｌｍ级，无法监测出２～３　ＩＴＩＩＴＩ的位移值。　由图３看出，ＩＢＩＳ—Ｌ系统监测误差在＿４－１　ｉＴｌｍ　之内波动，但能监测出１Ｔｉｍ级的形变趋势，所以　点２不存在形变，点ｌ在雷达视线方向呈现远离　形变趋势，点３在雷达视线方向呈靠近形变趋势。　点位１和点位３处在不同的边坡，实际位移方向　与雷达视线方向的夹角不同，实际位移在雷达视　线方向的投影有正有负，呈靠近ＩＢＩＳ—Ｉ　系统或远　离ＩＢＩＳ—Ｌ系统趋势。　采用高次曲线拟合和多项式拟合，对点位１　和点位３的３０　ｄ雷达观测数据进行分析，拟合曲　线如图４所示。点位１呈倒指数曲线图形，点位　３呈双曲线图形。　

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边坡工程变形监测技术方案

边坡工程变形监测技术方案

边坡工程变形监测技术方案1. 前言边坡工程是指地质灾害治理中对山体崩塌、滑坡等地质灾害进行防治的工程性措施。

边坡工程在进行构筑时，需要对边坡的变形进行监测，以保障工程的安全性和稳定性。

因此，边坡工程变形监测技术方案十分重要。

本文将对边坡工程变形监测技术方案进行详细阐述，旨在为边坡工程变形监测提供技术支持。

2. 边坡工程变形监测概述边坡工程变形监测是指通过一定的技术手段对边坡的变形情况进行实时或定期监测，以及时发现并处理边坡工程的问题，确保边坡工程的安全性和稳定性。

一般来说，边坡工程变形监测包括以下几个方面的内容：（1）水平位移监测：对边坡工程水平方向的位移进行监测，及时发现边坡的侧向位移情况。

（2）垂直位移监测：对边坡工程垂直方向的位移进行监测，及时发现边坡的垂直位移情况。

（3）变形速率监测：对边坡工程的变形速率进行监测，了解边坡变形的速度情况。

（4）裂缝监测：对边坡工程的裂缝进行监测，及时发现并处理边坡的裂缝问题。

3. 边坡工程变形监测技术方案在边坡工程变形监测中，常用的技术方案包括全站仪监测技术、GPS监测技术、遥感监测技术、振动监测技术等。

下面将分别对这些技术方案进行详细介绍。

（1）全站仪监测技术全站仪是一种测量仪器，可以测量水平角、垂直角和斜距，适用于边坡工程的水平位移和垂直位移监测。

全站仪监测技术的具体操作步骤如下：① 设置全站仪：首先在测量点附近设置好全站仪，进行水平校准和垂直校准。

② 观测目标：使用全站仪对边坡工程的监测点进行观测，记录下水平角、垂直角和斜距。

③ 数据处理：将观测到的数据进行处理，得到边坡工程的水平位移和垂直位移情况。

全站仪监测技术能够实现边坡工程的实时监测，具有响应速度快、准确度高、数据处理简便等优点。

（2）GPS监测技术全球卫星定位系统（GPS）是一种通过卫星信号进行位置测量的技术，适用于边坡工程的水平位移监测。

GPS监测技术的具体操作步骤如下：① 设置GPS测量点：在边坡工程的监测点附近设置好GPS测量点，确保能够接收到卫星信号。

微波干涉雷达系统对桥梁的变形监测

微波干涉雷达系统对桥梁的变形监测

微波干涉雷达系统对桥梁的变形监测作者：汤振苏郑七振吴华勇贾鹏飞来源：《中国水运》2021年第10期摘要：针对传统的桥梁监测方式复杂且效率低等问题，本文阐述了IBIS-S系统的基本测量原理，介绍了雷达监测的两种关键技术，与传统的变形监测手段相比，IBIS-S更具效率高、测量距离远、精确度高等优点。

设计了微变形系统以验证IBIS-S系统的精确性，试验分析表明IBIS-S的精确度较高，误差较小，在监测条件良好的情况下仅为5%;通过该雷达对某地铁桥梁的实时振动监测，分析获得的桥梁时序变形数据，结果表明IBIS-S系统对桥梁动态监测的有效性。

关键词：IBIS-S系统;微变形监测;精确度;桥梁监测中图分类号：P258 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2021）10-0155-03地基干涉雷达测量是一种无接触的具有高精度、测量距离远、效率高的一种新兴的无损遥感技术，目前正处于核心技术优化，工程的变形监测推广阶段[1]。

目前，国内外学者都对IBIS-S进行了相关研究。

刁建鹏等[2]使用了地基干涉雷达技术对中央电视台发射塔进行了变形监测实验; Sofi M[3]等使用IBIS-S对一座人行天桥进行动态监测，并与加速度传感器进行比较，得出了两种测量方式高度一致性结果。

本文使用IBIS-S系统与设计的微变形系统进行变形对比，验证该雷达系统的精度，在室内监测情况下其相对误差仅为5%;最后通过IBIS-S系统对上海某一地铁桥梁的振动测试，验证IBIS-S系统对桥梁动态振动监测的有效性。

1 IBIS-S系统与基本原理介绍IBIS-S系统（图1所示）是由意大利IDS公司和佛伦伦萨大学经过六年合作的成果[4]，该系统主要监测分析建筑物或者桥梁上每一点的变形振动情况。

IBIS-S系统主要使用了两种雷达技术来获取建筑物的变形信息。

步进频率波技术为IBIS-S 系统提供了很高的距离分辨率，其距离向分辨率为0.5m[5]，即每隔0.5m雷达就可获得一个测量点的变形数据。

用全球定位系统(GPS )监测滑坡

用全球定位系统(GPS )监测滑坡

二、用全球定位系统（GPS ）监测滑坡1.简介GPS 是一种应用范围广泛的无线电导航、定时及定位系统。

通过跟踪GPS 卫星连续不断地传送到全球的电磁波，系统可获取天线位置（经度、纬度、高程及三维坐标）。

最近10年来，GPS 已广泛用于大地测量与地质调查中，来校正和完成传统勘测方法。

最近几年里，已开发出一些高效率、高精度的新方法，如：快速静态（FS）和定时动态（RTK ）法。

用GPS 监测变形的方法是：以坐标、距离或角度为基础，新值与初始坐标之差反映目标的运动。

其优点是同样精度下，GPS 作用范围大、效率高，可全天候观测，且两测站间不要求通视。

2.用GPS 监测Vallcebre 滑坡西班牙的J.A.Gili等有关专家自1994年开始对位于比利牛斯山脉东部，巴塞罗那北140km 处的Vallcebre 滑坡进行了初步测试，所用仪器为GP-R1 型Topcon大地测量接收机，观测了800 ～1500m 长的5 条基线（静态法，记录间隔20s ，每次记录450min），并用Wild DIOR 3002S 进行了EDM 复测，结果非常理想。

1995年12月至1998年2 月进行了完整的EDM 及GPS 测量，所用设备为400SSi型Trimble GPS 全站仪，它带有2 台双频接收机，天线及辅助设备如内存贮器、数据传输装置及软件，所进行的14次联测中，共完成GPS 定位300 个点，对所得数据进行处理后，得出整个滑坡位移平均速率为100 ～800a，某些地方高达130mm/月，GPS测量精度在水平方向上为12～16mm，垂直方向为18～24mm.三、基于GIS 的边坡水文稳定性模型与大气环流模型（GCM ）相结合预测气候变化对边坡稳定性的影响在许多情况下，影响地下水与孔隙水压力升降的气候因素可引起边坡失稳，从而诱发滑坡。

温室效应造成的全球变暖，尤其是降水型式及气压变化将对未来滑坡活动产生影响。

为此，荷兰、德国、意大利、英国等国的研究人员以气候变化态势生成的大气环流模型（CGM ）为基础，结合边坡稳定性模型，利用GIS 技术，开展了预测气候变化对边坡影响的研究。

挡土墙变形监测方法

挡土墙变形监测方法

挡土墙变形监测方法挡土墙是一种用于支撑土体或山坡，防止其坍塌或滑坡的结构。

为了确保挡土墙的稳定性和安全性，对其进行变形监测是非常重要的。

变形监测可以及时发现挡土墙的异常变形，为采取相应的加固或修复措施提供依据，从而避免可能的安全事故。

下面将详细介绍一些常见的挡土墙变形监测方法。

一、水平位移监测1、全站仪测量法全站仪是一种高精度的测量仪器，可以精确测量出测点的水平坐标。

在挡土墙的顶部和底部设置监测点，定期使用全站仪测量这些点的坐标。

通过比较不同时期的坐标值，可以计算出水平位移的大小和方向。

2、视准线法在挡土墙的两端设置基准点，在其中一端的基准点上设置经纬仪或全站仪，通过望远镜瞄准另一端的基准点，形成一条视准线。

在挡土墙上设置若干个监测点，定期测量监测点到视准线的垂直距离。

如果距离发生变化，就说明挡土墙发生了水平位移。

3、激光准直法利用激光的良好准直性，在挡土墙的一端设置激光发射器，在另一端设置接收装置。

当挡土墙发生水平位移时，激光束在接收装置上的光斑位置会发生变化，通过测量光斑的位移量可以计算出水平位移。

二、垂直位移监测1、水准测量法水准测量是一种常用的测量高差的方法。

在挡土墙周围设置水准基点，在挡土墙上设置监测点。

使用水准仪测量监测点与水准基点之间的高差，通过比较不同时期的高差数据，可以计算出垂直位移的量值。

2、静力水准测量法静力水准测量系统是一种基于连通器原理的高精度垂直位移测量系统。

在挡土墙上布置一系列的静力水准仪，通过测量液体压力的变化来计算各监测点的相对垂直位移。

三、倾斜监测1、倾斜仪测量法倾斜仪可以直接测量挡土墙的倾斜角度。

常见的倾斜仪有水准式倾斜仪、电子倾斜仪等。

将倾斜仪安装在挡土墙上，定期读取倾斜仪的测量数据，从而了解挡土墙的倾斜情况。

2、差异沉降法通过测量挡土墙上不同位置的垂直位移，如果不同位置的垂直位移存在差异，就可以推断出挡土墙发生了倾斜。

四、裂缝监测1、人工观测法定期对挡土墙的表面进行巡视，用肉眼观察是否有裂缝出现。