我国南方因其独特的地质构造环境，降雨量大及工程施工频繁及不合理的矿产资源开发，形成了各种大规模高危边坡。边坡高差大、整体稳固性差的边坡称为高危边坡，其岩质边坡的稳定性与结构面的发育程度、发育位置、产状、组合特征及其工程性质有着十分密切的内在联系。高危边坡地质灾害事故通常突然发生，造成群死群伤的恶性伤亡事故，具有事故突发性和高危性，为确保支撑模板系统稳固和安全，必须对支撑模版系统进行实时变形监测。

目前，对结构面的测量方法主要有典型露头测量、统计窗测量、现场全断面全元测量、现场数字摄像和三维激光扫描等方法^[1-2]。通常采用精密水准仪测量沉降，全站仪测量平面位移，费时费力且精度不高，监测人员和仪器在边坡上作业，安全无法保障。

高危边坡工程地质复杂，在布设变形监测点时要采用多种监测方式对滑坡体的变形现状及趋势进行综合、全面立体的监测，在建立地质灾害防治体系时，需要对高危边坡进行持续动态监测，及时获取高危边坡高精度变形数据，远程传输并进行高危边坡的实时监控。为了提高测量的精度和效率，本文提出了多传感器高危边坡的立体化实时自动监测技术，并通过具体工程实例验证了这一技术的优越性。

1 高危边坡监测关键技术

1) GNSS(global navigation satellite system)实时监测技术。高危变形需要建立实时动态的高精度监测系统，利用GNSS实时动态监测差分技术进行坡体位移监测。将1台GNSS接收机固定稳固安置在远离变形区域的位置作为基准站, 另外多台GNSS接收机安置在坡体位移点作为监测站, 基准站和监测站同时观测共视卫星，并以载波相位作为观测量，称为单基站GNSS实时差分技术^[3]。

运用动态的载波相位差分技术(real-time kinematic, RTK)^[4]。由于两个同步观测站观测共视卫星会有较强的GNSS误差相关性，可以利用单差、双差和三差等形式，将两站的观测量组合进行消除或减弱误差，其载波相位测量精度可以达到0.5~2.0 mm。

差分GNSS技术与数据传输技术的结合，建立在实时处理基准站和基准站观测到的载波相位基础上的，对数据传输部分的传输速率和数据可靠性要求较高^[5]。基准站及移动站同步对卫星进行观测, 移动站通过短距离无线模块将原始数据传输至位于参考站的数据采集模块, 数据采集模块则将多站数据通过网络一并传送至远端监控中心, 然后进行实时计算。

2) 多传感器自动化监测技术。建立以GPS表面位移、自动化机器人变形监测为主, 深层位移、地下水位、雨量计和裂缝计等多传感器监测为辅的立体监测手段是本监测系统的核心根本。如图 1所示，该系统由多传感器、数据采集装置、数据传输装置、供电防雷系统、数据处理中心、应用终端等6部分组成。各传感器采用数据线与数据采集、传输单元连接，通过GPRS(general packet radio service)无线网络转送到Internet，最终进入数据处理中心(应用终端进行数据存储和处理)，保证了信息传递的及时性和广泛性。

3) 测量机器人自动化监测技术。基于TS30全站仪的自动变形监测技术，以自动搜索目标的全站仪为测量工具，并配备L型单棱镜，采用自由设站、极坐标测量和边角交会技术方法^[6]，测定各变形点的三维坐标，变形监测自动化系统软件功能如图 2。该软件有文件管理、初始化设置、学习测量、自动测量及成果输出等功能，同时对原始观测数据进行实时改正，得到差分处理后的数据结果^[7]。

2 高危边坡变形监测系统与结果分析 2.1 高危边坡变形监测系统

高危边坡变形监测数据采集传输示意图如图 3所示。由多种数据采集装置、供电防雷系统等建立监测站，采用单基站GNSS实时差分技术、多种传感器自动变形监测技术、测量机器人自动监测技术，来采集高危边坡表面及深层变形监测数据。由测量设备、计算机及数据传输装置建立数据处理中心和监控中心，测量人员可以在远离高危边坡的控制中心进行远程变形监测^[8]。同时开展定期和不定期的人工专业仪器监测，以便对自动化监测数据的可靠性、真实性进行检验与校核，并进一步反馈、校正变形预警值的合理性。

其中，数据处理中心采用基于Silverligh技术的高危边坡变形监测软件平台，集成了GNSS解算软件、GPRS监测数据及其他多传感器自动自动化远程传输技术、云端服务器软件、前端Web发布系统，具有表现力丰富、反应迅速、C/S结构的负担平衡、异步通信、网络效率高等特点，可以极大地提高监测数据处理、管理和传输能力，提高高危边坡变形的自动化、智能化水平。

2.2 监测实例及结果分析

本文以流溪河国家森林公园牌坊前右侧边坡为例，其监测布置如图 4。监测系统布置完成后，设置对高危边坡持续自动化观测。对基准点和变形点实时观测数据进行比较、实时改正，计算变形点变形量，然后进行安全和稳定性等分析，可得出变形体的变形趋势^{[9, 10]}。

系统经过测试，运行稳定，数据采集可靠有效，供电、数据传输稳定，各项指标达到要求。采集大量的变形数据，能实时反映高危边坡实际变形趋势。本文共监测459 d，每30 s采集一次监测数据，一天采集2 880次，共监测1 321 920次。通过自动化监测平台自动数据平差处理，自动通过叠值分析生成各期变形量和累计变形量，还可以得到每个点上直观的二维或三维图^[11]。

以深层位移、地下水位、雨量计和裂缝计等多传感器监测结合的立体监测手段也是本监测系统研究的核心，并与人工监测及人工巡检结合进行数据检核及分析。本文利用测量机器人TS30对坡体GPS监测点周期自动化监测，并与其GNSS变形监测成果进行检验比较。如编号GPS-1和GPS-2的监测点在位移和沉降方向的变形曲线图及期间降雨量监测柱状图，如图 5、图 6所示(由于篇幅限制，只显示部分)。图 5中，X方向沿着滑坡底向上为正，XG1及XJ2分别为GPS-1采用GNSS和机器人方式在X方向上监测的变化曲线，其他类推。两种方式的监测数据表明，在平行于滑坡底(Y方向)几乎没有变形；在垂直方向(H方向)变形不明显，最大值为-19.0 mm；在垂直与滑坡底监测数据变化具有一致性，特别是在强降雨和暴雨期间位移增大并达到最大值，说明该GNSS监测系统能监测出滑坡体受雨季影响的微小变形趋势；两种监测方式数据各分量差值最大值为-3.4 mm、-1.9 mm、-1.7 mm，说明运用GNSS单基准动态监测精度和可靠性都能达要求^[12]。

从单参考站GNSS实时监测、机器人自动化监测，到多种方式的多传感器立体监测(深层位移、地下水位、雨量计和裂缝计)的监测成果及曲线图分析可知，各项监测数据的变形都与边坡雨量监测数据有很大的相关性，强降雨和暴雨期间各项监测数据变化都有一致性，数据显示边坡往边坡底呈微小变形趋势，但数据变形量不是很显著，边坡监测期间处于稳定状态。利用机器人与单参考站GNSS实时监测，人工数据和自动化监测数据检核差异不大，说明本文高危边坡监测系统各监测项目数据可靠性强、精度满足要求、传输稳定，可满足高危边坡监测的需要。

3 结束语

本文采用单基站GNSS实时差分、多种传感器、测量机器人自动监测及现代数据传输技术建立高危边坡监测预警系统，实现了高危边坡监测自动化和智能化，解决了常规监测方法在边坡上危险作业问题，有效地提高了作业效率，以更宽的视角及时指示变形部位以供排查隐患，确保坡体及周边安全。基于多传感器的高危边坡变形监测预警系统可实现边坡变形数据多维度分析，通过信息化自动传输手段进行边坡安全智能监控管理，具有先进性、实用性，有较大的推广价值。