撫順西露天礦大變形滑坡多源協(xié)同監(jiān)測(cè)方法：技術(shù)融合與實(shí)踐應(yīng)用一、引言1.1研究背景與意義1.1.1研究背景撫順西露天礦作為中國重要的煤炭生產(chǎn)基地之一，其開采歷史可追溯至1901年。歷經(jīng)百余年的大規(guī)模開采，形成了東西長6.6公里、南北寬2.2公里、采坑開口總面積10.87平方公里、深420至521米的巨型礦坑。長期的開采活動(dòng)使得該區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，邊坡穩(wěn)定性問題日益突出，滑坡災(zāi)害頻發(fā)。自2009年初開始，撫順西露天礦南幫千臺(tái)山發(fā)現(xiàn)兩條相距80至150米、東西向延展、近于平行的弧形地裂縫。2012年11月，西露天礦坑底出現(xiàn)鼓脹，后緣兩條地裂縫變形加劇。2013年3月初，兩條地裂縫變形和西露天礦坑底鼓脹進(jìn)一步加劇，兩條裂縫總長3090米，裂縫垂直落差超過4米，水平位移達(dá)到2.2米，經(jīng)估算滑坡體體積超過1億立方米。此后，裂縫的最大垂直落差超過11米，最大水平位移達(dá)到17米。這些數(shù)據(jù)表明，滑坡的規(guī)模和危害程度在不斷增加。撫順西露天礦滑坡的形成原因主要包括以下幾個(gè)方面：其一，礦區(qū)南側(cè)巖體質(zhì)量較差，南幫整體呈順向?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)（順向坡），坡體玄武巖夾煤層、凝灰?guī)r、油頁巖、頁巖和泥灰?guī)r等受區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造影響，巖體完整性遭到破壞，質(zhì)量下降，容易產(chǎn)生滑坡；其二，礦坑采礦剝離巖土體，導(dǎo)致坡體前緣壓腳失重，破壞了南北幫間的拱形支撐效應(yīng)，進(jìn)而引發(fā)坡體變形；其三，降水、地震等自然因素以及開采活動(dòng)等人為因素也會(huì)對(duì)滑坡的發(fā)生和發(fā)展產(chǎn)生影響。例如，2013年“8?16”強(qiáng)降雨后，滑坡現(xiàn)象更為嚴(yán)重。滑坡災(zāi)害的發(fā)生對(duì)周邊環(huán)境、居民安全及經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了嚴(yán)重影響。在環(huán)境方面，滑坡導(dǎo)致山體塌陷、地表裂縫，破壞了自然植被和生態(tài)平衡，引發(fā)水土流失等問題；在居民安全方面，滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)和影響區(qū)面積達(dá)4.08平方公里，其中危險(xiǎn)區(qū)面積為3.68平方公里，防范區(qū)面積為0.4平方公里，影響區(qū)內(nèi)共有企業(yè)15家，在崗職工1369人，住戶1189戶、居民3066人，人口總數(shù)4435人，嚴(yán)重威脅到居民的生命財(cái)產(chǎn)安全；在經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面，滑坡災(zāi)害使得周邊基礎(chǔ)設(shè)施受損，如道路、橋梁、水渠等被破壞，影響了區(qū)域的交通和水利設(shè)施正常運(yùn)行，阻礙了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)，為了應(yīng)對(duì)滑坡災(zāi)害，政府和企業(yè)需要投入大量資金用于監(jiān)測(cè)、預(yù)警、治理等工作，增加了經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。1.1.2研究意義多源協(xié)同監(jiān)測(cè)方法對(duì)于滑坡災(zāi)害預(yù)警和防治決策具有至關(guān)重要的意義。一方面，傳統(tǒng)的單一監(jiān)測(cè)方法存在局限性，難以全面、準(zhǔn)確地獲取滑坡體的變形信息。例如，地面監(jiān)測(cè)方法雖然精度較高，但監(jiān)測(cè)范圍有限，且容易受到地形、天氣等因素的影響；遙感監(jiān)測(cè)方法雖然能夠獲取大面積的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，但在精度和時(shí)效性方面存在不足。而多源協(xié)同監(jiān)測(cè)方法可以整合多種監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)滑坡體的全方位、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過綜合分析不同監(jiān)測(cè)手段獲取的數(shù)據(jù)，能夠更準(zhǔn)確地判斷滑坡的發(fā)展趨勢(shì)，提前發(fā)出預(yù)警信號(hào)，為居民的撤離和救援工作爭(zhēng)取寶貴時(shí)間，從而有效減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。另一方面，多源協(xié)同監(jiān)測(cè)方法能夠?yàn)榛路乐螞Q策提供科學(xué)依據(jù)。通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的深入分析，可以了解滑坡的形成機(jī)制、影響因素以及變形規(guī)律，進(jìn)而制定出更加合理、有效的防治措施。例如，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)確定滑坡的滑動(dòng)面、滑動(dòng)方向和滑動(dòng)速度等參數(shù)，為工程治理方案的設(shè)計(jì)提供關(guān)鍵信息，指導(dǎo)工程人員采取針對(duì)性的措施，如削坡減重、回填壓角、排水等，以提高滑坡體的穩(wěn)定性，降低滑坡災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。從理論貢獻(xiàn)角度來看，多源協(xié)同監(jiān)測(cè)方法的研究豐富了地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的理論體系。它涉及到多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)，如測(cè)繪科學(xué)、地理信息科學(xué)、地球物理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等，通過將這些學(xué)科知識(shí)有機(jī)結(jié)合，為地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)提供了新的思路和方法。同時(shí)，多源協(xié)同監(jiān)測(cè)方法的研究也促進(jìn)了不同學(xué)科之間的交叉融合，推動(dòng)了相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。在實(shí)踐應(yīng)用方面，多源協(xié)同監(jiān)測(cè)方法的成功應(yīng)用可以為其他地區(qū)的滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)和防治提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)和借鑒。撫順西露天礦作為一個(gè)典型的滑坡災(zāi)害案例，其監(jiān)測(cè)和防治工作具有重要的示范作用。通過對(duì)撫順西露天礦滑坡的多源協(xié)同監(jiān)測(cè)研究，可以總結(jié)出一套適用于不同地質(zhì)條件和滑坡類型的監(jiān)測(cè)技術(shù)和方法體系，為其他礦山、山區(qū)等易發(fā)生滑坡災(zāi)害的地區(qū)提供參考，提高我國地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)和防治的整體水平，保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1滑坡監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展歷程滑坡監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了從傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)到多源協(xié)同監(jiān)測(cè)的演變過程，這一過程反映了科技進(jìn)步對(duì)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的深刻影響。早期的滑坡監(jiān)測(cè)主要依賴于簡(jiǎn)單的人工觀測(cè)方法。工作人員通過肉眼直接觀察滑坡體上的地表裂縫、鼓脹、沉降、坍塌等現(xiàn)象，以及建筑物的變形情況、地下水的變化和低溫變化等。這種方法雖然簡(jiǎn)單易行，但存在很大的局限性。它只能對(duì)正在發(fā)生病害的邊坡進(jìn)行初步觀測(cè)，且觀測(cè)結(jié)果受人為因素影響較大，準(zhǔn)確性和可靠性難以保證，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)滑坡體的全面、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，也難以提前預(yù)測(cè)滑坡的發(fā)生。隨著科技的發(fā)展，設(shè)站觀測(cè)法及儀表觀測(cè)方法逐漸得到應(yīng)用。設(shè)站觀測(cè)法是在充分了解工程地質(zhì)背景的基礎(chǔ)上，在邊坡上設(shè)立變形觀測(cè)點(diǎn)（成線狀、網(wǎng)絡(luò)狀），在變形區(qū)影響范圍之外穩(wěn)定地點(diǎn)設(shè)置固定觀測(cè)站，使用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、測(cè)距儀、攝影儀及全站型電子速測(cè)儀、GPS接收機(jī)等儀器定期測(cè)量變形區(qū)內(nèi)網(wǎng)點(diǎn)的三維（X，Y，Z）位移變化。儀表觀測(cè)法則是用精密儀表對(duì)變形邊坡進(jìn)行地表及深部的位移、傾斜動(dòng)態(tài)、裂縫相對(duì)張閉及地聲、應(yīng)力應(yīng)變等物理參數(shù)與環(huán)境影響因素進(jìn)行監(jiān)測(cè)。這些方法相比人工觀測(cè)有了很大進(jìn)步，能夠更準(zhǔn)確地獲取滑坡體的變形信息，但仍然存在監(jiān)測(cè)范圍有限、效率較低、受地形和天氣等因素影響較大等問題。20世紀(jì)后期，隨著空間技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種先進(jìn)的自動(dòng)遙控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相繼問世，為滑坡監(jiān)測(cè)帶來了新的變革。例如，GPS變形監(jiān)測(cè)技術(shù)開始應(yīng)用于滑坡監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。GPS靜態(tài)相對(duì)定位監(jiān)測(cè)技術(shù)主要應(yīng)用于那些礦區(qū)容易發(fā)生地表或邊坡變形的情況，按監(jiān)測(cè)工程任務(wù)模式一般分為周期性監(jiān)測(cè)任務(wù)和連續(xù)性監(jiān)測(cè)任務(wù)兩種類型。它具有高精度、全天候、高效率等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崟r(shí)獲取滑坡體的三維坐標(biāo)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)滑坡體變形的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。此外，遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)也逐漸興起，通過衛(wèi)星遙感、航空遙感等手段，可以獲取大面積的滑坡體影像數(shù)據(jù)，對(duì)滑坡體的宏觀變形特征進(jìn)行分析和監(jiān)測(cè)。這些新技術(shù)的應(yīng)用，大大提高了滑坡監(jiān)測(cè)的范圍和效率，為滑坡災(zāi)害的預(yù)警和防治提供了更有力的支持。近年來，隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，多源協(xié)同監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。多源協(xié)同監(jiān)測(cè)技術(shù)整合了多種監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，將地面監(jiān)測(cè)、遙感監(jiān)測(cè)、衛(wèi)星監(jiān)測(cè)、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)等多種手段相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)滑坡體的全方位、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。通過對(duì)多源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的融合分析，可以更全面、準(zhǔn)確地了解滑坡體的變形特征和發(fā)展趨勢(shì)，提高滑坡災(zāi)害預(yù)警的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。例如，通過將GPS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、InSAR監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和地面?zhèn)鞲衅鞅O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，可以獲取滑坡體不同尺度、不同精度的變形信息，從而更精確地判斷滑坡的穩(wěn)定性和發(fā)展趨勢(shì)。1.2.2多源協(xié)同監(jiān)測(cè)方法在滑坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀多源協(xié)同監(jiān)測(cè)方法在國內(nèi)外的滑坡監(jiān)測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用，不同地區(qū)根據(jù)自身的地質(zhì)條件和滑坡類型，采用了不同的監(jiān)測(cè)技術(shù)組合和數(shù)據(jù)處理方法，取得了一系列的成果。在國內(nèi)，許多山區(qū)和礦山都開展了多源協(xié)同監(jiān)測(cè)的實(shí)踐。例如，在三峽庫區(qū)，由于其地質(zhì)條件復(fù)雜，滑坡災(zāi)害頻發(fā)，相關(guān)部門采用了多種監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行協(xié)同監(jiān)測(cè)。通過地面變形監(jiān)測(cè)儀器，如全站儀、水準(zhǔn)儀等，對(duì)滑坡體的地表位移進(jìn)行高精度測(cè)量；利用InSAR技術(shù)，對(duì)大面積的滑坡區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲取滑坡體的整體變形趨勢(shì)；同時(shí)，還部署了大量的傳感器，如雨量傳感器、地下水水位傳感器等，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)滑坡體的環(huán)境因素變化。通過對(duì)這些多源數(shù)據(jù)的綜合分析，建立了滑坡災(zāi)害預(yù)警模型，有效地提高了對(duì)滑坡災(zāi)害的預(yù)警能力，保障了庫區(qū)居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。在礦山領(lǐng)域，海南礦業(yè)與北京科技大學(xué)共同完成的《露天轉(zhuǎn)地下礦山邊坡多源協(xié)同立體監(jiān)測(cè)及預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)》項(xiàng)目，針對(duì)海南礦業(yè)石碌鐵礦露天礦邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)，從滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、滑移信息、多源信息融合、監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)及產(chǎn)品開發(fā)等方面展開研究，該技術(shù)整體上達(dá)到國際領(lǐng)先水平。該項(xiàng)目通過多源協(xié)同監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦山邊坡的全方位、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)了邊坡的潛在安全隱患，為礦山的安全生產(chǎn)提供了有力保障。在國外，多源協(xié)同監(jiān)測(cè)方法也得到了廣泛應(yīng)用。例如，在意大利的一些山區(qū)，由于頻繁發(fā)生滑坡災(zāi)害，當(dāng)?shù)氐难芯繖C(jī)構(gòu)采用了衛(wèi)星遙感、地面激光掃描、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等多種技術(shù)進(jìn)行協(xié)同監(jiān)測(cè)。通過衛(wèi)星遙感可以定期獲取大范圍的地形變化信息，地面激光掃描能夠精確測(cè)量滑坡體的表面形態(tài)變化，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)則可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)滑坡體內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變等物理參數(shù)。這些數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)融合和分析算法進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)滑坡災(zāi)害的準(zhǔn)確預(yù)警和有效防治。在日本，由于其處于板塊交界處，地質(zhì)活動(dòng)頻繁，滑坡災(zāi)害多發(fā)。日本的科研人員利用合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量（InSAR）技術(shù)、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）技術(shù)以及地面監(jiān)測(cè)儀器，對(duì)滑坡進(jìn)行多源協(xié)同監(jiān)測(cè)。InSAR技術(shù)可以獲取大面積的地表形變信息，GNSS技術(shù)能夠提供高精度的點(diǎn)位坐標(biāo)變化數(shù)據(jù)，地面監(jiān)測(cè)儀器則用于對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)的監(jiān)測(cè)。通過對(duì)這些多源數(shù)據(jù)的綜合分析，建立了完善的滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)警體系，有效地減少了滑坡災(zāi)害造成的損失。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容1.3.1研究目標(biāo)本研究旨在針對(duì)撫順西露天礦大變形滑坡的復(fù)雜地質(zhì)條件和變形特征，建立一套適合該區(qū)域的多源協(xié)同監(jiān)測(cè)體系，整合多種監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)滑坡體的全方位、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。通過對(duì)多源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的融合分析，提高對(duì)滑坡體變形信息的獲取精度和全面性，準(zhǔn)確掌握滑坡體的變形規(guī)律和發(fā)展趨勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，建立有效的滑坡災(zāi)害預(yù)警模型，提高預(yù)警能力，能夠提前準(zhǔn)確地發(fā)出滑坡災(zāi)害預(yù)警信號(hào)，為撫順西露天礦的滑坡災(zāi)害防治提供科學(xué)依據(jù)，降低滑坡災(zāi)害對(duì)周邊環(huán)境、居民安全及經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成的影響，保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。1.3.2研究內(nèi)容監(jiān)測(cè)技術(shù)的選擇與應(yīng)用：對(duì)多種監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行深入研究，包括全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）、合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量（InSAR）、地面激光掃描（TLS）、光纖光柵傳感技術(shù)以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等。分析每種監(jiān)測(cè)技術(shù)的原理、特點(diǎn)、適用范圍以及在撫順西露天礦滑坡監(jiān)測(cè)中的優(yōu)勢(shì)和局限性。根據(jù)撫順西露天礦的地質(zhì)條件、滑坡規(guī)模和變形特征，選擇合適的監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行組合應(yīng)用，確定各監(jiān)測(cè)技術(shù)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置方案、監(jiān)測(cè)頻率和數(shù)據(jù)采集方式，以實(shí)現(xiàn)對(duì)滑坡體不同部位、不同尺度變形信息的全面獲取。例如，利用GNSS技術(shù)對(duì)滑坡體表面的關(guān)鍵點(diǎn)位進(jìn)行高精度的三維位移監(jiān)測(cè)，獲取滑坡體的整體移動(dòng)趨勢(shì)；運(yùn)用InSAR技術(shù)對(duì)大面積的滑坡區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析滑坡體的變形范圍和宏觀變形特征；采用TLS技術(shù)對(duì)滑坡體表面進(jìn)行高精度的三維建模，獲取滑坡體表面的詳細(xì)變形信息；借助光纖光柵傳感技術(shù)對(duì)滑坡體內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測(cè)，了解滑坡體內(nèi)部的力學(xué)狀態(tài)變化；通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)滑坡體的環(huán)境因素，如降雨量、地下水位、土壤含水率等，為分析滑坡的誘發(fā)因素提供數(shù)據(jù)支持。數(shù)據(jù)融合與分析方法研究：針對(duì)多源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，研究有效的數(shù)據(jù)融合方法，將不同監(jiān)測(cè)技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，消除數(shù)據(jù)之間的矛盾和冗余，提高數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。探索基于貝葉斯估計(jì)、卡爾曼濾波、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等理論的數(shù)據(jù)融合算法，實(shí)現(xiàn)多源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的最優(yōu)融合。同時(shí)，研究數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)在滑坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用，建立滑坡變形預(yù)測(cè)模型和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)模型。通過對(duì)歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和相關(guān)地質(zhì)數(shù)據(jù)的分析，挖掘滑坡變形的規(guī)律和特征，預(yù)測(cè)滑坡體未來的變形趨勢(shì)，評(píng)估滑坡體的穩(wěn)定性狀況，為滑坡災(zāi)害預(yù)警提供科學(xué)依據(jù)。例如，利用貝葉斯估計(jì)方法對(duì)GNSS和InSAR監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，提高對(duì)滑坡體位移監(jiān)測(cè)的精度；運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)滑坡體的變形數(shù)據(jù)和環(huán)境因素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和分析，建立滑坡變形預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)滑坡體在不同工況下的變形情況。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建：基于選定的監(jiān)測(cè)技術(shù)和數(shù)據(jù)融合與分析方法，構(gòu)建撫順西露天礦大變形滑坡多源協(xié)同監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與分析子系統(tǒng)以及預(yù)警子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集各種監(jiān)測(cè)技術(shù)獲取的原始數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)采用有線和無線相結(jié)合的方式，將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理與分析子系統(tǒng)；數(shù)據(jù)處理與分析子系統(tǒng)對(duì)傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合、分析和處理，提取滑坡體的變形信息和特征；預(yù)警子系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)處理與分析子系統(tǒng)的結(jié)果，結(jié)合預(yù)先設(shè)定的預(yù)警閾值，及時(shí)發(fā)出滑坡災(zāi)害預(yù)警信號(hào)。同時(shí)，設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件架構(gòu)和軟件平臺(tái)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和可擴(kuò)展性，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行和遠(yuǎn)程監(jiān)控。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用效果評(píng)估：將構(gòu)建的多源協(xié)同監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于撫順西露天礦大變形滑坡的實(shí)際監(jiān)測(cè)中，對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的性能和應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)估。通過對(duì)比分析監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)與實(shí)際的滑坡變形情況，驗(yàn)證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性。評(píng)估監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理和預(yù)警等方面的性能指標(biāo)，如數(shù)據(jù)采集的完整性、傳輸?shù)募皶r(shí)性、處理的準(zhǔn)確性和預(yù)警的及時(shí)性等。同時(shí)，收集相關(guān)部門和人員對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的反饋意見，分析監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在的問題和不足之處，提出改進(jìn)措施和建議，進(jìn)一步完善監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提高其應(yīng)用效果和實(shí)際價(jià)值，使其能夠更好地服務(wù)于撫順西露天礦的滑坡災(zāi)害防治工作。1.4研究方法與技術(shù)路線1.4.1研究方法文獻(xiàn)研究法：廣泛查閱國內(nèi)外關(guān)于滑坡監(jiān)測(cè)技術(shù)、多源協(xié)同監(jiān)測(cè)方法、數(shù)據(jù)融合與分析等方面的文獻(xiàn)資料，包括學(xué)術(shù)期刊論文、學(xué)位論文、研究報(bào)告、會(huì)議論文等。對(duì)這些文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)梳理和分析，了解相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)以及存在的問題，為本研究提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)參考。例如，通過對(duì)滑坡監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展歷程的文獻(xiàn)研究，掌握各種監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)和應(yīng)用情況，從而選擇適合本研究的監(jiān)測(cè)技術(shù)；通過對(duì)多源協(xié)同監(jiān)測(cè)方法在滑坡監(jiān)測(cè)中應(yīng)用現(xiàn)狀的文獻(xiàn)分析，了解不同地區(qū)和項(xiàng)目中多源協(xié)同監(jiān)測(cè)的成功經(jīng)驗(yàn)和不足之處，為構(gòu)建撫順西露天礦的多源協(xié)同監(jiān)測(cè)體系提供借鑒。實(shí)地監(jiān)測(cè)法：在撫順西露天礦大變形滑坡區(qū)域，根據(jù)研究設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)方案，布置各種監(jiān)測(cè)設(shè)備，如GNSS接收機(jī)、InSAR監(jiān)測(cè)站點(diǎn)、地面激光掃描儀、光纖光柵傳感器、無線傳感器等。按照預(yù)定的監(jiān)測(cè)頻率，定期采集滑坡體的變形數(shù)據(jù)以及相關(guān)的環(huán)境因素?cái)?shù)據(jù)，如降雨量、地下水位、土壤含水率等。實(shí)地監(jiān)測(cè)能夠獲取第一手的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，真實(shí)反映滑坡體的實(shí)際變形情況和環(huán)境變化，為后續(xù)的數(shù)據(jù)融合與分析提供可靠的數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，在實(shí)地監(jiān)測(cè)過程中，還可以對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查和維護(hù)，確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。數(shù)據(jù)模擬分析法：利用數(shù)值模擬軟件，如ANSYS、FLAC3D等，對(duì)撫順西露天礦滑坡體的變形過程進(jìn)行模擬分析。根據(jù)實(shí)地監(jiān)測(cè)獲取的地質(zhì)數(shù)據(jù)、巖土力學(xué)參數(shù)以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，建立滑坡體的數(shù)值模型，模擬不同工況下滑坡體的變形特征和發(fā)展趨勢(shì)。通過對(duì)模擬結(jié)果的分析，驗(yàn)證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，深入研究滑坡的形成機(jī)制和變形規(guī)律，為滑坡災(zāi)害預(yù)警和防治決策提供理論依據(jù)。例如，通過數(shù)值模擬分析不同降雨強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間對(duì)滑坡體穩(wěn)定性的影響，為制定合理的排水措施提供參考；模擬不同治理方案下滑坡體的變形情況，評(píng)估治理方案的效果，為選擇最優(yōu)的治理方案提供依據(jù)。對(duì)比分析法：將多源協(xié)同監(jiān)測(cè)方法獲取的數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)單一監(jiān)測(cè)方法獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，評(píng)估多源協(xié)同監(jiān)測(cè)方法在提高監(jiān)測(cè)精度、擴(kuò)大監(jiān)測(cè)范圍、增強(qiáng)監(jiān)測(cè)時(shí)效性等方面的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，對(duì)不同監(jiān)測(cè)技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，分析數(shù)據(jù)之間的差異和一致性，驗(yàn)證數(shù)據(jù)的可靠性。例如，對(duì)比GNSS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和InSAR監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在監(jiān)測(cè)滑坡體位移方面的精度和覆蓋范圍，分析兩者的優(yōu)缺點(diǎn)，確定在不同監(jiān)測(cè)需求下的最佳監(jiān)測(cè)技術(shù)選擇；對(duì)比不同時(shí)期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，觀察滑坡體變形的發(fā)展趨勢(shì)，驗(yàn)證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。案例分析法：研究國內(nèi)外其他礦山或地區(qū)類似滑坡災(zāi)害的監(jiān)測(cè)和防治案例，分析其采用的監(jiān)測(cè)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理方法、預(yù)警模型以及防治措施等。通過對(duì)這些案例的深入剖析，總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn)和失敗教訓(xùn)，為本研究提供實(shí)踐參考。例如，分析三峽庫區(qū)滑坡災(zāi)害的監(jiān)測(cè)和防治案例，了解其在多源協(xié)同監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)融合分析、預(yù)警體系建設(shè)等方面的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用到撫順西露天礦的滑坡監(jiān)測(cè)和防治工作中；研究意大利某山區(qū)滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)案例中出現(xiàn)的問題，如數(shù)據(jù)傳輸故障、預(yù)警不準(zhǔn)確等，吸取教訓(xùn)，避免在本研究中出現(xiàn)類似問題。1.4.2技術(shù)路線本研究的技術(shù)路線如圖1-1所示：數(shù)據(jù)采集：通過實(shí)地監(jiān)測(cè)，利用GNSS技術(shù)獲取滑坡體表面關(guān)鍵點(diǎn)位的三維位移數(shù)據(jù)；運(yùn)用InSAR技術(shù)獲取大面積滑坡區(qū)域的變形數(shù)據(jù)；使用地面激光掃描（TLS）技術(shù)獲取滑坡體表面的高精度三維模型數(shù)據(jù)；借助光纖光柵傳感技術(shù)獲取滑坡體內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)據(jù)；通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集滑坡體的環(huán)境因素?cái)?shù)據(jù)，如降雨量、地下水位、土壤含水率等。同時(shí)，收集撫順西露天礦的地質(zhì)資料、歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及相關(guān)的地理信息數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸：采用有線和無線相結(jié)合的數(shù)據(jù)傳輸方式，將采集到的各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理與分析中心。對(duì)于距離較近、數(shù)據(jù)量較大的監(jiān)測(cè)設(shè)備，如地面激光掃描儀，采用有線傳輸方式，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性；對(duì)于分布較廣、數(shù)據(jù)量較小的監(jiān)測(cè)設(shè)備，如無線傳感器，采用無線傳輸方式，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)撵`活性和便捷性。數(shù)據(jù)處理與分析：對(duì)傳輸過來的多源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)清洗、去噪、格式轉(zhuǎn)換等，消除數(shù)據(jù)中的異常值和噪聲干擾，使數(shù)據(jù)符合后續(xù)分析的要求。然后，運(yùn)用數(shù)據(jù)融合算法，如貝葉斯估計(jì)、卡爾曼濾波等，對(duì)多源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，提高數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。接著，利用數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等，對(duì)融合后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立滑坡變形預(yù)測(cè)模型和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)模型，挖掘滑坡變形的規(guī)律和特征，預(yù)測(cè)滑坡體未來的變形趨勢(shì)，評(píng)估滑坡體的穩(wěn)定性狀況。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建：基于數(shù)據(jù)處理與分析的結(jié)果，構(gòu)建撫順西露天礦大變形滑坡多源協(xié)同監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與分析子系統(tǒng)以及預(yù)警子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集各種監(jiān)測(cè)技術(shù)獲取的原始數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)負(fù)責(zé)將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理與分析子系統(tǒng)；數(shù)據(jù)處理與分析子系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合、分析和處理，提取滑坡體的變形信息和特征；預(yù)警子系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)處理與分析子系統(tǒng)的結(jié)果，結(jié)合預(yù)先設(shè)定的預(yù)警閾值，及時(shí)發(fā)出滑坡災(zāi)害預(yù)警信號(hào)。同時(shí)，設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件架構(gòu)和軟件平臺(tái)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和可擴(kuò)展性，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行和遠(yuǎn)程監(jiān)控。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用與評(píng)估：將構(gòu)建的多源協(xié)同監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于撫順西露天礦大變形滑坡的實(shí)際監(jiān)測(cè)中，對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的性能和應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)估。通過對(duì)比分析監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)與實(shí)際的滑坡變形情況，驗(yàn)證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性。評(píng)估監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理和預(yù)警等方面的性能指標(biāo)，如數(shù)據(jù)采集的完整性、傳輸?shù)募皶r(shí)性、處理的準(zhǔn)確性和預(yù)警的及時(shí)性等。根據(jù)評(píng)估結(jié)果，總結(jié)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在的問題和不足之處，提出改進(jìn)措施和建議，進(jìn)一步完善監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提高其應(yīng)用效果和實(shí)際價(jià)值。[此處插入技術(shù)路線圖1-1]二、撫順西露天礦大變形滑坡特征分析2.1礦區(qū)地質(zhì)背景2.1.1區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造撫順西露天礦位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)膠遼臺(tái)隆，屬郯廬斷裂東北延主要分支斷裂——“敦化-密山”深大斷裂西南段的渾河斷裂控制區(qū)。礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，主要控災(zāi)構(gòu)造為北幫右旋兼逆沖性質(zhì)的渾河斷裂主斷層F1、F1A，西端幫、南幫分支正斷層F3、F2、F5，以及北幫西部牽引向斜和北幫中部復(fù)向斜褶曲。從大區(qū)域看，撫順煤礦所處的構(gòu)造部位是郯廬大斷裂帶的北延部分，受其影響，礦區(qū)內(nèi)地應(yīng)力分布復(fù)雜。郯廬斷裂帶是一條長期活動(dòng)的深大斷裂，其活動(dòng)導(dǎo)致礦區(qū)周邊巖石破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，為滑坡的形成提供了地質(zhì)基礎(chǔ)。例如，在2013年撫順西露天礦大變形滑坡中，滑坡體的滑動(dòng)方向與礦區(qū)內(nèi)部分?jǐn)嗔训淖呦虼嬖谝欢ǖ南嚓P(guān)性，這表明斷裂構(gòu)造對(duì)滑坡的發(fā)生和發(fā)展起到了重要的控制作用。從小區(qū)域來看，撫順西露天礦主要受撫順復(fù)式向斜控制。復(fù)式向斜軸向總體呈NE75°延展，由數(shù)條呈斜列展布的向斜褶皺組成。向斜西部地層倒轉(zhuǎn)形成倒轉(zhuǎn)向斜，向東側(cè)逐步恢復(fù)正常。向斜東西兩端封閉，受其控制，煤層在向斜兩側(cè)埋藏較淺，而向斜中部則煤層埋藏較深，最大埋藏深度達(dá)-1250m左右。這種褶皺構(gòu)造使得礦區(qū)地層產(chǎn)狀復(fù)雜，巖石受力不均，容易產(chǎn)生變形和破壞，增加了滑坡發(fā)生的可能性。礦區(qū)內(nèi)的斷層以沿著NEE向渾河平行分布的一群斷裂（渾河斷裂，代表性斷層為F1、F1A）為主體，表現(xiàn)為逆沖性質(zhì)；其他主要為與這些斷裂伴生的受同一應(yīng)力場(chǎng)控制的近SN向斷層和NW向斷層。近EW向斷層是在擠壓過程中發(fā)生應(yīng)力松馳或在擠壓作用后期為調(diào)整重力勢(shì)能而發(fā)生的，它們與主壓面有近似的走向。斷層F1和F1A是渾河斷裂帶的2條主要斷裂。F1是構(gòu)成古近系含煤系北限的邊界斷裂，它使白堊系大峪組逆沖于煤系之上，并拖曳煤系形成褶皺。斷距各地不一，中部傾斜斷距達(dá)1000m，東段斷距不足200m。斷裂破碎帶內(nèi)發(fā)育紫紅色斷層泥及斷層角礫，破碎帶寬30～70m，傾向北，傾角35°～50°，上陡下緩，在-500m高程以下與F1A斷層并攏發(fā)育。這些斷層的存在破壞了巖體的完整性，降低了巖體的強(qiáng)度，使得滑坡更容易發(fā)生。例如，在北幫地區(qū)，由于F1和F1A斷層的影響，巖體破碎，邊坡穩(wěn)定性差，歷史上多次發(fā)生滑坡災(zāi)害。此外，斷裂具有對(duì)周圍的巖石構(gòu)造定向化作用和巖體強(qiáng)度削弱效應(yīng)，結(jié)合西露天礦開采改變地表淺部局地應(yīng)力環(huán)境，導(dǎo)致渾河斷裂淺表發(fā)生活化，促使早期形成的處于擠壓閉合狀態(tài)的密集節(jié)理面、片理面等軟弱面逐漸張開，成為地裂縫、沉陷帶和滑坡等災(zāi)害的位移陡變帶，控制滑坡災(zāi)害變形擴(kuò)張的邊界。例如，在2010年以后，隨著礦區(qū)開采活動(dòng)的加劇，渾河斷裂淺表發(fā)生活化，導(dǎo)致北幫中段和南幫中、西段頂部滑坡易發(fā)性增加，這表明斷裂構(gòu)造的活動(dòng)對(duì)滑坡的發(fā)生和發(fā)展具有重要影響。2.1.2地層巖性撫順西露天礦礦區(qū)基巖按成因分為巖漿巖、火山巖（噴出巖）與沉積巖。區(qū)內(nèi)沉積巖地層在早白堊系（1.35億年）-古近系（老第三系，6500-2300萬年）期間均有發(fā)育，均以軟巖為主。其中以古近系較發(fā)育，是礦區(qū)的含煤巖系，軟巖夾持在花崗片麻巖剛性基底的凹槽內(nèi)。具體來說，礦區(qū)地層以白堊系砂礫巖與古近系玄武巖、凝灰?guī)r、泥巖、頁巖和煤層，下伏太古代鞍山群花崗質(zhì)片麻巖等巖性為主。其中，泥巖、頁巖和煤層均含有軟弱結(jié)構(gòu)面，這些軟弱結(jié)構(gòu)面的存在使得巖體的強(qiáng)度降低，抗滑能力減弱，容易在重力和其他外力作用下發(fā)生滑動(dòng)。例如，在南幫地區(qū)，由于地層中含有較多的泥巖和頁巖，且存在煤層，在長期的開采活動(dòng)和自然因素作用下，這些軟弱結(jié)構(gòu)面逐漸軟化，導(dǎo)致滑坡的發(fā)生。據(jù)北幫地區(qū)鉆孔資料揭示，礦幫巖體受歷史構(gòu)造面切割較為破碎，百米深度內(nèi)圍巖巖體質(zhì)量為Ⅲ—Ⅴ級(jí)，為礦區(qū)滑坡提供了有利的介質(zhì)條件。在這種巖體質(zhì)量較差的情況下，一旦受到外部因素的影響，如降雨、地震等，就容易引發(fā)滑坡。例如，在2005年8月13日前后，一次強(qiáng)降雨引發(fā)了北幫興平路地段和北幫南陽路地段的兩處滑坡，這與當(dāng)?shù)貛r體質(zhì)量差有密切關(guān)系。此外，礦區(qū)巖層具有南幫、東北幫向北傾，西北幫地層倒轉(zhuǎn)的產(chǎn)狀特征，形成了礦區(qū)內(nèi)南幫順向坡、東北幫逆向坡，北幫中西部順逆兼具的坡體結(jié)構(gòu)特征。不同的坡體結(jié)構(gòu)對(duì)滑坡的發(fā)生和發(fā)展具有不同的影響。順向坡由于巖體傾向與坡向一致，在重力作用下更容易發(fā)生滑動(dòng)；而逆向坡相對(duì)較為穩(wěn)定，但在一定條件下，如巖體破碎、受到強(qiáng)降雨等作用時(shí)，也可能發(fā)生滑坡。例如，南幫順向坡在開采過程中，由于坡體前緣壓腳失重，巖體穩(wěn)定性降低，多次發(fā)生滑坡災(zāi)害；而北幫中西部順逆兼具的坡體結(jié)構(gòu)，使得該區(qū)域的滑坡發(fā)生情況較為復(fù)雜，既有順向坡滑坡的特征，也有逆向坡滑坡的特點(diǎn)。2.1.3水文地質(zhì)條件撫順西露天礦礦區(qū)的水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，對(duì)滑坡穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。礦區(qū)周邊分布著渾河、古城子河和南花園水泡子，補(bǔ)給源充足，為地下水的存儲(chǔ)和運(yùn)移提供了豐富的水源。礦區(qū)內(nèi)主要為基巖裂隙水，坡體巖層斷裂、節(jié)理、裂隙發(fā)育，基巖風(fēng)化強(qiáng)烈，形成了儲(chǔ)水、導(dǎo)水構(gòu)造，利于地下水存儲(chǔ)運(yùn)移。地下水在坡體中運(yùn)動(dòng)，一方面會(huì)對(duì)巖體產(chǎn)生軟化作用，降低巖體的強(qiáng)度。例如，泥巖、頁巖等軟巖在長期受到地下水浸潤后，其力學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生顯著變化，抗剪強(qiáng)度降低，從而增加了滑坡發(fā)生的可能性。另一方面，地下水還會(huì)產(chǎn)生動(dòng)水壓力和浮托力。當(dāng)降雨或其他因素導(dǎo)致地下水位上升時(shí)，動(dòng)水壓力會(huì)增大，對(duì)巖體產(chǎn)生附加的推力，促使巖體滑動(dòng)；浮托力則會(huì)減小巖體的有效重量，降低巖體的抗滑力，使滑坡更容易發(fā)生。在2013年“8?16”強(qiáng)降雨后，撫順西露天礦滑坡現(xiàn)象更為嚴(yán)重。大量的降雨迅速補(bǔ)給地下水，使地下水位急劇上升，一方面軟化了坡體中的軟弱巖層，另一方面增加了動(dòng)水壓力和浮托力，導(dǎo)致滑坡體的變形加劇，裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大，滑坡的規(guī)模和危害程度顯著增加。這充分說明了地下水對(duì)滑坡穩(wěn)定性的重要影響，在滑坡監(jiān)測(cè)和防治工作中，必須充分考慮水文地質(zhì)條件的變化。2.2滑坡變形特征2.2.1滑坡形態(tài)與規(guī)模撫順西露天礦大變形滑坡呈現(xiàn)出較為復(fù)雜的形態(tài)。從平面形態(tài)來看，滑坡體整體呈不規(guī)則的扇形，其前緣較為寬闊，向礦坑底部延伸，后緣則呈現(xiàn)出明顯的弧形，與周圍山體界限分明。滑坡體的東部邊界以F5斷層為界，西部邊界從滑坡后緣在水廠以北（W500附近）起始向北西向偏轉(zhuǎn)，向礦坑下延伸。在規(guī)模方面，該滑坡規(guī)模巨大。據(jù)相關(guān)資料記載，滑坡體南北縱長1200-1500m，東西向?qū)捈s3100m，滑坡體面積達(dá)3.38km2?；媛裆畲笥?0m，呈橢圓形，為深層滑坡，滑坡體主滑方向?yàn)橄虮被啤；麦w的體積經(jīng)估算超過1億立方米，如此龐大的規(guī)模使得滑坡災(zāi)害的影響范圍廣泛，對(duì)周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施以及居民生活造成了嚴(yán)重威脅。從空間分布上看，滑坡主要集中在西露天礦的南幫和北幫中部地區(qū)。南幫滑坡處于高陡邊坡區(qū)域，垂直深度約400-500m，自然坡度為19°-27°，滑坡體在該區(qū)域呈現(xiàn)出明顯的錯(cuò)落和滑動(dòng)跡象，后緣形成了地裂縫和塌陷區(qū)，前緣則在礦坑底部出現(xiàn)鼓脹變形。北幫中部的滑坡同樣較為顯著，該區(qū)域巖體受歷史構(gòu)造面切割較為破碎，在長期的開采活動(dòng)和自然因素作用下，邊坡穩(wěn)定性逐漸降低，滑坡體出現(xiàn)了明顯的位移和變形，對(duì)北幫的道路、建筑物等基礎(chǔ)設(shè)施造成了嚴(yán)重破壞。2.2.2變形歷史與發(fā)展趨勢(shì)撫順西露天礦的滑坡變形歷史較為悠久，且呈現(xiàn)出階段性的特征。自1927年以來，隨著西露天礦坑的深挖，周緣邊坡高度逐漸加大，從1986年開始出現(xiàn)大規(guī)模的滑坡和變形，累計(jì)地面變形區(qū)范圍500-700m，最大下沉4-5m，水平位移14m。在2005年8月13日前后，一次強(qiáng)降雨引發(fā)了北幫興平路地段和北幫南陽路地段的兩處滑坡；2006年6月10日至18日，由于強(qiáng)降雨，在北幫南陽路地段產(chǎn)生寬度約0.5m的地裂縫帶。近年來，滑坡變形呈現(xiàn)出加劇的趨勢(shì)。自2010年礦區(qū)南幫千臺(tái)山滑坡發(fā)生至今，坑內(nèi)共發(fā)生滑坡4次，方量約4×10?m3，以大型、巨型滑坡為主，集中分布于南北幫中部地區(qū)。2013年初，滑坡體的變形進(jìn)一步加劇，裂縫總長3090米，裂縫垂直落差超過4米，水平位移達(dá)到2.2米。此后，裂縫的最大垂直落差超過11米，最大水平位移達(dá)到17米。通過對(duì)歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，可以發(fā)現(xiàn)滑坡變形的發(fā)展趨勢(shì)具有一定的規(guī)律性。在滑坡初期，變形速率相對(duì)較慢，主要表現(xiàn)為地表出現(xiàn)微小的裂縫和局部的沉降。隨著時(shí)間的推移，特別是在受到強(qiáng)降雨、地震等外部因素影響后，變形速率明顯加快，裂縫不斷擴(kuò)大，滑坡體的位移和沉降加劇。同時(shí)，滑坡的范圍也逐漸向周邊擴(kuò)展，對(duì)更大區(qū)域的環(huán)境和安全構(gòu)成威脅。基于目前的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和變形趨勢(shì)，預(yù)測(cè)未來滑坡可能會(huì)繼續(xù)發(fā)展。如果不采取有效的防治措施，滑坡體可能會(huì)進(jìn)一步滑動(dòng)，導(dǎo)致更大規(guī)模的山體坍塌，對(duì)礦坑內(nèi)的設(shè)施、周邊的建筑物和居民安全造成更為嚴(yán)重的威脅。同時(shí)，滑坡還可能引發(fā)次生災(zāi)害，如泥石流、地面塌陷等，進(jìn)一步加劇災(zāi)害的影響。2.2.3變形影響因素分析地質(zhì)構(gòu)造因素：撫順西露天礦位于郯廬斷裂東北延主要分支斷裂——“敦化-密山”深大斷裂西南段的渾河斷裂控制區(qū)，礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，主要控災(zāi)構(gòu)造為北幫右旋兼逆沖性質(zhì)的渾河斷裂主斷層F1、F1A，西端幫、南幫分支正斷層F3、F2、F5，以及北幫西部牽引向斜和北幫中部復(fù)向斜褶曲。這些斷裂和褶皺構(gòu)造使得巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，破壞了巖體的完整性，降低了巖體的強(qiáng)度，為滑坡的發(fā)生提供了地質(zhì)條件。例如，在2013年撫順西露天礦大變形滑坡中，滑坡體的滑動(dòng)方向與礦區(qū)內(nèi)部分?jǐn)嗔训淖呦虼嬖谝欢ǖ南嚓P(guān)性，斷裂構(gòu)造控制了滑坡的邊界和滑動(dòng)路徑，使得滑坡更容易沿著這些軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑動(dòng)。采礦活動(dòng)因素：長期的采礦活動(dòng)是導(dǎo)致滑坡變形的重要因素之一。一方面，采礦剝離巖土體，導(dǎo)致坡體前緣壓腳失重，破壞了南北幫間的拱形支撐效應(yīng)，進(jìn)而引發(fā)坡體變形。例如，在西露天礦的開采過程中，大量的巖土體被挖掘，使得坡體的穩(wěn)定性降低，容易發(fā)生滑坡。另一方面，地下開采形成的采空區(qū)，導(dǎo)致上覆巖體失去支撐，引發(fā)巖體變形和塌陷，進(jìn)一步加劇了滑坡的發(fā)生。例如，勝利礦深部開采使得西露天礦北幫邊坡巖體卸荷明顯，一般表現(xiàn)為巖體松弛，同時(shí)沿原有斷層帶及構(gòu)造裂隙形成一定數(shù)量的卸荷裂隙，造成巖體強(qiáng)度降低、透水性增強(qiáng)，增加了滑坡的風(fēng)險(xiǎn)。降雨因素：降雨對(duì)滑坡變形的影響顯著。大量的降雨會(huì)使土壤和巖石的強(qiáng)度降低，使得滑動(dòng)面上的摩擦力減小，從而促進(jìn)了滑坡的發(fā)生。降雨還會(huì)增加地下水的補(bǔ)給，使地下水位上升，對(duì)山體上部巖體產(chǎn)生額外的浮力，使其更容易發(fā)生滑動(dòng)。如2013年“8?16”強(qiáng)降雨后，撫順西露天礦滑坡現(xiàn)象更為嚴(yán)重，滑坡體的變形加劇，裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大，這充分說明了降雨是滑坡變形的重要誘發(fā)因素之一。地下水因素：礦區(qū)內(nèi)主要為基巖裂隙水，坡體巖層斷裂、節(jié)理、裂隙發(fā)育，基巖風(fēng)化強(qiáng)烈，形成了儲(chǔ)水、導(dǎo)水構(gòu)造，利于地下水存儲(chǔ)運(yùn)移。地下水的長期浸潤會(huì)使巖體軟化，降低巖體的強(qiáng)度。同時(shí)，地下水的流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生動(dòng)水壓力，對(duì)巖體產(chǎn)生附加的推力，促使巖體滑動(dòng)。在撫順西露天礦，地下水的存在和變化對(duì)滑坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生了重要影響，是滑坡變形的關(guān)鍵因素之一。地震因素：雖然撫順地區(qū)地震活動(dòng)相對(duì)較少，但地震一旦發(fā)生，會(huì)對(duì)滑坡體產(chǎn)生強(qiáng)烈的震動(dòng)作用，使巖體的結(jié)構(gòu)更加破碎，增加滑坡體的下滑力，從而引發(fā)滑坡的發(fā)生或加劇滑坡的變形。在歷史上，雖然沒有因地震直接導(dǎo)致?lián)犴樜髀短斓V大規(guī)模滑坡的記錄，但地震對(duì)滑坡的潛在影響不容忽視，需要在滑坡監(jiān)測(cè)和防治中加以考慮。三、多源協(xié)同監(jiān)測(cè)技術(shù)原理與方法3.1全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）監(jiān)測(cè)3.1.1GNSS監(jiān)測(cè)原理全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）是一種利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)時(shí)和測(cè)距的系統(tǒng)，其核心原理基于衛(wèi)星信號(hào)的傳播和接收。GNSS主要由衛(wèi)星系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)和用戶接收機(jī)三部分組成。衛(wèi)星系統(tǒng)負(fù)責(zé)向地面發(fā)射信號(hào)，這些信號(hào)包含了衛(wèi)星的位置信息、信號(hào)傳輸時(shí)間等重要數(shù)據(jù)。地面控制系統(tǒng)對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行控制和監(jiān)測(cè)，確保衛(wèi)星軌道的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。用戶接收機(jī)則是接收來自衛(wèi)星的信號(hào)，并通過處理這些信號(hào)來實(shí)現(xiàn)定位、導(dǎo)航和授時(shí)等功能。在滑坡監(jiān)測(cè)中，GNSS監(jiān)測(cè)的基本原理是利用多顆衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，通過三角定位法來確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置。具體來說，用戶接收機(jī)通過天線接收來自至少四顆衛(wèi)星的信號(hào)，測(cè)量信號(hào)從衛(wèi)星傳播到地面接收機(jī)的時(shí)間，由于衛(wèi)星信號(hào)在真空中的傳播速度是已知的（光速），根據(jù)公式d=vt（其中d為距離，v為光速，t為信號(hào)傳播時(shí)間），可以計(jì)算出接收機(jī)與衛(wèi)星之間的距離。然而，由于衛(wèi)星信號(hào)在傳播過程中會(huì)受到地球大氣層和電離層的影響，導(dǎo)致信號(hào)傳播時(shí)間的測(cè)量存在一定的誤差。為了消除這些誤差，提高定位精度，通常采用差分定位技術(shù)。差分定位技術(shù)是利用基準(zhǔn)站和監(jiān)測(cè)站同時(shí)接收衛(wèi)星信號(hào)，基準(zhǔn)站的位置是已知的，通過計(jì)算基準(zhǔn)站接收到的衛(wèi)星信號(hào)與已知位置之間的誤差，將這個(gè)誤差信息發(fā)送給監(jiān)測(cè)站，監(jiān)測(cè)站利用這個(gè)誤差信息對(duì)自己接收到的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行修正，從而提高定位精度。常用的差分定位技術(shù)有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）定位技術(shù)和后處理動(dòng)態(tài)（PPK）定位技術(shù)。RTK技術(shù)可以實(shí)時(shí)獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，精度可以達(dá)到厘米級(jí)；PPK技術(shù)則是在測(cè)量完成后，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，精度可以達(dá)到毫米級(jí)。在撫順西露天礦大變形滑坡監(jiān)測(cè)中，通過在滑坡體表面的關(guān)鍵點(diǎn)位上安裝GNSS接收機(jī)，同時(shí)在穩(wěn)定區(qū)域設(shè)置基準(zhǔn)站，利用GNSS的差分定位技術(shù)，實(shí)時(shí)或定期獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息。將不同時(shí)間獲取的坐標(biāo)信息進(jìn)行對(duì)比分析，就可以計(jì)算出監(jiān)測(cè)點(diǎn)在水平方向和垂直方向上的位移變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)滑坡體變形的監(jiān)測(cè)。例如，如果監(jiān)測(cè)點(diǎn)在某一時(shí)間段內(nèi)的水平坐標(biāo)發(fā)生了明顯變化，說明該點(diǎn)在水平方向上發(fā)生了位移，可能是滑坡體在滑動(dòng)；如果垂直坐標(biāo)發(fā)生變化，則可能表示滑坡體出現(xiàn)了沉降或隆起現(xiàn)象。通過對(duì)多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移變化進(jìn)行綜合分析，可以全面了解滑坡體的變形特征和發(fā)展趨勢(shì)。3.1.2在滑坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)高精度：GNSS監(jiān)測(cè)采用載波相位差分技術(shù)，定位精度可以達(dá)到毫米級(jí)甚至優(yōu)于毫米級(jí)的精度。在滑坡監(jiān)測(cè)中，高精度的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠更準(zhǔn)確地反映滑坡體的變形特征、變幅、滑動(dòng)方向、滑動(dòng)速率、穩(wěn)定性及其發(fā)展趨勢(shì)。例如，對(duì)于撫順西露天礦大變形滑坡，毫米級(jí)的精度可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)滑坡體的微小變形，為災(zāi)害預(yù)警提供更早、更準(zhǔn)確的信息。全天候、全天時(shí)監(jiān)測(cè)：GNSS系統(tǒng)不受天氣條件的限制，無論是晴天、雨天、雪天還是霧天，都能正常工作，實(shí)現(xiàn)全天時(shí)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。這一優(yōu)勢(shì)使得在撫順西露天礦復(fù)雜的氣候條件下，也能持續(xù)獲取滑坡體的變形數(shù)據(jù)，避免因天氣原因?qū)е卤O(jiān)測(cè)中斷，從而提高了監(jiān)測(cè)的可靠性和連續(xù)性。實(shí)時(shí)性：GNSS監(jiān)測(cè)可以實(shí)時(shí)獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維位移量，通過數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)送到控制中心。監(jiān)測(cè)人員可以隨時(shí)了解滑坡表面的變形情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)滑坡的異常變化，并發(fā)出預(yù)警信息。在撫順西露天礦滑坡監(jiān)測(cè)中，實(shí)時(shí)性的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠使相關(guān)部門迅速做出反應(yīng)，采取相應(yīng)的防治措施，減少災(zāi)害造成的損失。自動(dòng)化：GNSS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，自動(dòng)記錄和傳輸數(shù)據(jù)。在撫順西露天礦的監(jiān)測(cè)過程中，無需人工現(xiàn)場(chǎng)操作，減少了人為因素對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響，提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和監(jiān)測(cè)效率。同時(shí)，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)還可以降低監(jiān)測(cè)成本，實(shí)現(xiàn)對(duì)滑坡體的長期、連續(xù)監(jiān)測(cè)。廣泛適用性：GNSS監(jiān)測(cè)可以廣泛應(yīng)用于各種類型的滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中。無論是山區(qū)的滑坡、礦山的邊坡滑坡還是城市周邊的滑坡，GNSS監(jiān)測(cè)技術(shù)都能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，獲取準(zhǔn)確的變形數(shù)據(jù)。在撫順西露天礦大變形滑坡監(jiān)測(cè)中，GNSS技術(shù)能夠適應(yīng)礦區(qū)復(fù)雜的地形和地質(zhì)條件，為滑坡監(jiān)測(cè)提供了有效的手段。長期穩(wěn)定性：GNSS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有長期穩(wěn)定性的特點(diǎn)，可以在各種環(huán)境下長期工作，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在撫順西露天礦惡劣的自然環(huán)境和復(fù)雜的開采活動(dòng)影響下，GNSS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，持續(xù)提供可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為滑坡災(zāi)害的長期監(jiān)測(cè)和防治提供了有力保障。3.1.3撫順西露天礦監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)與數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)方案：在撫順西露天礦大變形滑坡區(qū)域，根據(jù)滑坡體的形態(tài)、規(guī)模、變形特征以及地質(zhì)條件，合理布設(shè)GNSS監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在滑坡體的后緣、前緣、中部以及兩側(cè)等關(guān)鍵部位，均勻分布監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以全面獲取滑坡體不同部位的變形信息。同時(shí)，在滑坡體周邊的穩(wěn)定區(qū)域設(shè)置2個(gè)基準(zhǔn)站，用于提供差分改正信息，提高監(jiān)測(cè)點(diǎn)的定位精度。具體來說，在滑坡體后緣，沿著地裂縫的走向，每隔50米設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以監(jiān)測(cè)后緣的拉張變形情況；在滑坡體前緣，由于該區(qū)域是滑坡體的滑動(dòng)前沿，變形較為復(fù)雜，每隔30米設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，重點(diǎn)關(guān)注前緣的鼓脹和滑動(dòng)情況；在滑坡體中部，根據(jù)滑坡體的寬度，每隔80米設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以了解滑坡體中部的整體變形趨勢(shì)；在滑坡體兩側(cè)，考慮到滑坡體可能存在的側(cè)向位移，每隔60米設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。此外，為了監(jiān)測(cè)滑坡體的整體移動(dòng)情況，在滑坡體的外圍還設(shè)置了一些控制點(diǎn)，這些控制點(diǎn)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)共同構(gòu)成了一個(gè)完整的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)采集方法：采用高精度的GNSS接收機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，這些接收機(jī)能夠同時(shí)接收多顆衛(wèi)星的信號(hào)，支持多種差分定位模式。在數(shù)據(jù)采集過程中，設(shè)置采樣間隔為1分鐘，即每隔1分鐘記錄一次監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)信息。為了保證數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性，每天對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查和備份，同時(shí)定期對(duì)GNSS接收機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)和維護(hù)，確保其正常運(yùn)行。數(shù)據(jù)傳輸采用無線傳輸方式，通過4G網(wǎng)絡(luò)將采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心。在數(shù)據(jù)處理中心，利用專業(yè)的GNSS數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，包括數(shù)據(jù)解算、誤差修正、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等，最終得到監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維位移信息。同時(shí)，將處理后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，以便后續(xù)的查詢和分析使用。此外，為了確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性，采用了加密傳輸和數(shù)據(jù)冗余備份等措施，防止數(shù)據(jù)在傳輸過程中丟失或被篡改。3.2合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量（InSAR）技術(shù)3.2.1InSAR技術(shù)原理合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量（InSAR）技術(shù)是一種利用雷達(dá)波干涉原理獲取地表微小形變信息的空間對(duì)地觀測(cè)技術(shù)。其基本原理基于雷達(dá)波的相干性和干涉現(xiàn)象。在InSAR系統(tǒng)中，通過衛(wèi)星或飛機(jī)搭載的合成孔徑雷達(dá)（SAR）系統(tǒng)，對(duì)同一地區(qū)進(jìn)行兩次或多次觀測(cè)，獲取復(fù)影像對(duì)。由于目標(biāo)與兩天線位置的幾何關(guān)系，在復(fù)圖像上產(chǎn)生了相位差，形成干涉條紋圖。干涉條紋圖中包含了斜距向上的點(diǎn)與兩天線位置之差的精確信息。以星載重復(fù)軌道干涉測(cè)量為例，假設(shè)衛(wèi)星在不同時(shí)間對(duì)同一地面點(diǎn)P進(jìn)行觀測(cè)，兩次觀測(cè)時(shí)衛(wèi)星的位置分別為S1和S2，它們之間的距離用基線距B表示，基線與水平方向的夾角為α。衛(wèi)星S1到地面點(diǎn)P的斜距為R1，衛(wèi)星S2到地面點(diǎn)P的斜距為R2，斜距差為δR=R2-R1。根據(jù)復(fù)雷達(dá)圖像的相位差信息，利用傳感器高度、雷達(dá)波長、波束視向及天線基線距之間的幾何關(guān)系，可以通過以下步驟來提取地面目標(biāo)地形的三維信息：相位差與斜距差的關(guān)系：SAR影像的一個(gè)像素為一個(gè)復(fù)數(shù)，包含振幅A和相位φ，z=Aexp(jφ)。距離和相位的關(guān)系為：φ=-2π/λ(Rfw+Rbw)+φscatt，其中λ為波長、Rfw為發(fā)射天線到目標(biāo)的距離、Rbw為目標(biāo)到接收天線的距離、φscatt為地物散射特性引起的相位變化。在干涉測(cè)量中，干涉圖是通過計(jì)算兩幅SAR圖像的相位差得到的，這個(gè)相位差與地表點(diǎn)的高程差有直接關(guān)系。假設(shè)兩幅圖像的相位分別為φ1和φ2，則相位差δφ=φ1-φ2。在單通測(cè)量中，在滿足條件φscatt,1=φscatt,2且兩幅圖像使用相同發(fā)射喇叭導(dǎo)致Rfw,1=Rfw,2時(shí)，干涉相位僅與兩天線的距離差有關(guān)，即δφ=-2π/λδR；對(duì)于重復(fù)通過測(cè)量，δφ=-4π/λδR。斜距差與高程的關(guān)系：根據(jù)InSAR的幾何關(guān)系，地面點(diǎn)的高程h與斜距R和側(cè)視角θ有關(guān)，h=H-Rcosθ，其中H為衛(wèi)星的高程。側(cè)視角θ與基線水平角α及角β的關(guān)系為：θ=π/2+α-β。在三角形中，根據(jù)余弦定理可得：cosβ=(R2+B2-R′2)/(2RB)=(R2+B2-(R+δR)2)/(2RB)，則β=arccos((R2+B2-(R+δR)2)/(2RB))=arccos(-δR/B+B/2R-δR2/2RB)。因此，地面點(diǎn)P的高程h為：h=H-Rcosθ=H-Rcos(π/2+α-arccos(-δR/B+B/2R-δR2/2RB))。另外，還可以推導(dǎo)出一個(gè)重要的公式：δR≈B//=Bsin(θ-α)，其中B//代表基線在平行于斜距方向上的分量。通過上述原理，InSAR技術(shù)能夠從干涉條紋圖中解算出地面點(diǎn)的高程和形變信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)地表的高精度測(cè)量和監(jiān)測(cè)。3.2.2技術(shù)特點(diǎn)與適用場(chǎng)景大面積監(jiān)測(cè)：InSAR技術(shù)利用衛(wèi)星或飛機(jī)搭載的SAR系統(tǒng)進(jìn)行觀測(cè)，能夠覆蓋大面積的區(qū)域。例如，一顆衛(wèi)星一次過境可以獲取數(shù)百平方公里甚至更大范圍的SAR影像，這使得InSAR技術(shù)非常適合對(duì)大面積的滑坡區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，能夠快速、全面地獲取滑坡體的宏觀變形信息。在撫順西露天礦大變形滑坡監(jiān)測(cè)中，InSAR技術(shù)可以對(duì)整個(gè)礦區(qū)及周邊區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)滑坡體的變形范圍和邊界變化，為滑坡災(zāi)害的評(píng)估和預(yù)警提供重要依據(jù)。高分辨率：隨著SAR技術(shù)的不斷發(fā)展，InSAR的分辨率得到了顯著提高，目前可以達(dá)到亞米級(jí)甚至更高的分辨率。高分辨率的InSAR數(shù)據(jù)能夠清晰地分辨出滑坡體表面的細(xì)微特征，如裂縫、塌陷等，有助于更準(zhǔn)確地分析滑坡體的變形機(jī)制和發(fā)展趨勢(shì)。在撫順西露天礦滑坡監(jiān)測(cè)中，高分辨率的InSAR數(shù)據(jù)可以幫助監(jiān)測(cè)人員識(shí)別滑坡體上的關(guān)鍵變形部位，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的滑坡隱患。高精度：InSAR技術(shù)基于相位測(cè)量，能夠獲取高精度的地表形變信息，精度可以達(dá)到毫米級(jí)。這種高精度的監(jiān)測(cè)能力使得InSAR技術(shù)能夠檢測(cè)到滑坡體的微小變形，對(duì)于早期發(fā)現(xiàn)滑坡的發(fā)生和發(fā)展具有重要意義。在撫順西露天礦大變形滑坡監(jiān)測(cè)中，毫米級(jí)的精度可以實(shí)時(shí)跟蹤滑坡體的變形情況，為災(zāi)害預(yù)警提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。全天候、全天時(shí)監(jiān)測(cè)：SAR系統(tǒng)利用微波進(jìn)行觀測(cè)，不受天氣條件和光照的限制，能夠?qū)崿F(xiàn)全天候、全天時(shí)的監(jiān)測(cè)。無論是晴天、雨天、霧天還是夜間，InSAR技術(shù)都能正常工作，獲取可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。這一特點(diǎn)使得InSAR技術(shù)在撫順西露天礦復(fù)雜的氣候條件下，也能持續(xù)監(jiān)測(cè)滑坡體的變形情況，確保監(jiān)測(cè)的連續(xù)性和可靠性。非接觸式監(jiān)測(cè)：InSAR技術(shù)通過衛(wèi)星或飛機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程觀測(cè)，無需在滑坡體上直接安裝監(jiān)測(cè)設(shè)備，屬于非接觸式監(jiān)測(cè)方法。這種監(jiān)測(cè)方式避免了在滑坡體上安裝設(shè)備可能帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)滑坡體的擾動(dòng)，同時(shí)也降低了監(jiān)測(cè)成本和維護(hù)難度。在撫順西露天礦大變形滑坡監(jiān)測(cè)中，非接觸式監(jiān)測(cè)可以在不影響滑坡體穩(wěn)定性的前提下，對(duì)滑坡體進(jìn)行長期、持續(xù)的監(jiān)測(cè)。InSAR技術(shù)在滑坡監(jiān)測(cè)中具有廣泛的適用場(chǎng)景。它適用于各種類型的滑坡，包括山區(qū)滑坡、礦山邊坡滑坡、城市周邊滑坡等。特別是對(duì)于那些地形復(fù)雜、難以進(jìn)行地面監(jiān)測(cè)的區(qū)域，InSAR技術(shù)能夠發(fā)揮其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，獲取準(zhǔn)確的變形信息。例如，在撫順西露天礦大變形滑坡監(jiān)測(cè)中，由于礦區(qū)地形復(fù)雜，部分區(qū)域難以到達(dá)，InSAR技術(shù)可以通過衛(wèi)星觀測(cè)，對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，彌補(bǔ)了地面監(jiān)測(cè)的不足。同時(shí)，InSAR技術(shù)還可以與其他監(jiān)測(cè)技術(shù)，如GNSS、地面激光掃描等相結(jié)合，形成多源協(xié)同監(jiān)測(cè)體系，提高滑坡監(jiān)測(cè)的精度和可靠性。3.2.3數(shù)據(jù)處理與分析方法數(shù)據(jù)預(yù)處理：InSAR數(shù)據(jù)處理的第一步是數(shù)據(jù)預(yù)處理，主要包括輻射定標(biāo)、幾何校正和影像配準(zhǔn)等。輻射定標(biāo)是將SAR圖像的像素值轉(zhuǎn)換為實(shí)際的物理量，如雷達(dá)后向散射系數(shù)，以消除傳感器增益和系統(tǒng)噪聲等因素的影響；幾何校正是對(duì)SAR圖像進(jìn)行幾何變形校正，使其符合地圖投影坐標(biāo)系，以便于后續(xù)的分析和應(yīng)用；影像配準(zhǔn)是將不同時(shí)間獲取的SAR圖像進(jìn)行精確配準(zhǔn)，確保同一地面點(diǎn)在不同圖像中的位置一致，這是干涉處理的關(guān)鍵步驟，直接影響干涉圖的質(zhì)量和精度。干涉圖生成：在數(shù)據(jù)預(yù)處理之后，通過對(duì)配準(zhǔn)后的SAR圖像進(jìn)行復(fù)數(shù)乘法運(yùn)算，生成干涉圖。干涉圖中包含了地面點(diǎn)的相位信息，這些相位信息與地面點(diǎn)的高程和形變有關(guān)。在生成干涉圖時(shí)，需要選擇合適的干涉模式，如單軌雙天線橫向模式、單軌雙天線縱向模式或重復(fù)軌道單天線模式等。不同的干涉模式適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景和數(shù)據(jù)獲取條件，例如重復(fù)軌道單天線模式適合于星載SAR傳感器，因?yàn)樾l(wèi)星可以穩(wěn)定地沿軌道飛行，能夠獲取較精確的飛行路徑，滿足該模式對(duì)軌道精度的要求。相位解纏：由于干涉圖中的相位值是在[-π,π]范圍內(nèi)循環(huán)的，存在相位模糊，因此需要進(jìn)行相位解纏處理，將纏繞的相位恢復(fù)為真實(shí)的相位值。相位解纏是InSAR數(shù)據(jù)處理中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問題。常用的相位解纏算法包括枝切法、最小費(fèi)用流法、質(zhì)量圖引導(dǎo)法等。這些算法根據(jù)干涉圖的特點(diǎn)和噪聲水平，采用不同的策略來解纏相位，例如枝切法通過尋找干涉圖中的殘差點(diǎn)，將纏繞相位劃分為不同的區(qū)域，然后分別進(jìn)行解纏；最小費(fèi)用流法將相位解纏問題轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)流問題，通過求解最小費(fèi)用流來得到解纏后的相位；質(zhì)量圖引導(dǎo)法根據(jù)干涉圖的質(zhì)量信息，如相干性、噪聲水平等，引導(dǎo)相位解纏的過程，提高解纏的準(zhǔn)確性。地形與形變信息提?。涸谕瓿上辔唤饫p后，根據(jù)InSAR的幾何關(guān)系和相位信息，可以提取地面點(diǎn)的地形高程和形變信息。對(duì)于地形高程提取，可以利用外部的數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)，結(jié)合干涉相位信息，通過三角測(cè)量原理計(jì)算出地面點(diǎn)的高程。對(duì)于形變信息提取，根據(jù)不同的InSAR技術(shù)方法，如差分干涉SAR（D-InSAR）、永久散射體干涉SAR（PSI）、小基線集干涉SAR（SBAS）等，采用相應(yīng)的算法從干涉相位中分離出地表形變信息。例如，D-InSAR通過比較兩次SAR影像的相位差，直接提取地表形變信息，適用于大范圍、相對(duì)平緩的地表形變監(jiān)測(cè)，如地震、火山噴發(fā)等突發(fā)性地表變化，但對(duì)時(shí)間間隔較長或相干性較差地區(qū)，監(jiān)測(cè)精度會(huì)下降；PSI通過分析多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的SAR影像，識(shí)別出長期相干性較高的散射體（PS點(diǎn)），進(jìn)行時(shí)間序列分析，適用于城市、基礎(chǔ)設(shè)施等穩(wěn)定散射體豐富的區(qū)域，適合監(jiān)測(cè)小范圍、長期、緩慢的地表形變，如城市下沉，但在散射體稀少或相干性較差地區(qū)，PSI效果受限；SBAS通過選擇基線較短的影像對(duì)，生成干涉圖，進(jìn)行時(shí)間序列分析，提取形變信息，適用于大范圍、緩慢的地表形變監(jiān)測(cè)，如地下水開采引起的地面沉降，但對(duì)時(shí)間間隔長、相干性差地區(qū)效果不佳。誤差分析與校正：InSAR數(shù)據(jù)處理過程中會(huì)受到多種誤差因素的影響，如大氣效應(yīng)誤差、地形相位誤差、去相干現(xiàn)象和軌道誤差等。大氣效應(yīng)誤差是由于大氣中的水汽、溫度和壓力等因素對(duì)雷達(dá)波傳播的影響，導(dǎo)致相位延遲，從而影響形變監(jiān)測(cè)的精度；地形相位誤差是由于地形起伏引起的相位變化，與地表形變相位相互疊加，需要進(jìn)行分離和校正；去相干現(xiàn)象是指由于地表變化、植被覆蓋、雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)變化等原因，導(dǎo)致SAR圖像之間的相干性降低，影響干涉圖的質(zhì)量和形變監(jiān)測(cè)精度；軌道誤差是指衛(wèi)星軌道的不確定性，會(huì)導(dǎo)致基線長度和方向的誤差，進(jìn)而影響干涉測(cè)量的精度。為了提高InSAR監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，需要對(duì)這些誤差進(jìn)行分析和校正。例如，對(duì)于大氣效應(yīng)誤差，可以采用大氣模型校正、多基線InSAR技術(shù)或利用氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行校正；對(duì)于地形相位誤差，可以利用高精度的DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行地形相位去除；對(duì)于去相干現(xiàn)象，可以通過選擇合適的觀測(cè)時(shí)間、采用多極化SAR數(shù)據(jù)或部署人工角反射器等方法來提高相干性；對(duì)于軌道誤差，可以利用精確的衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)或采用軌道改進(jìn)算法來減小誤差。3.3三維激光掃描技術(shù)3.3.1工作原理與系統(tǒng)組成三維激光掃描技術(shù)又被稱為“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”，其基本工作原理是通過發(fā)射激光束，并測(cè)量激光束從發(fā)射到反射回接收器的時(shí)間，根據(jù)激光在空氣中的傳播速度，計(jì)算出掃描設(shè)備與目標(biāo)物體表面點(diǎn)之間的距離。同時(shí)，結(jié)合掃描設(shè)備的姿態(tài)信息和角度測(cè)量裝置，確定每個(gè)測(cè)量點(diǎn)在空間中的三維坐標(biāo)，從而獲取目標(biāo)物體表面的三維空間信息。以脈沖式三維激光掃描儀為例，其工作過程如下：激光發(fā)射系統(tǒng)向目標(biāo)物體發(fā)射一束激光脈沖，當(dāng)激光脈沖遇到目標(biāo)物體表面時(shí)，部分能量被反射回來，被激光接收系統(tǒng)接收。激光脈沖的往返時(shí)間t可以通過高精度的時(shí)間測(cè)量裝置精確測(cè)量，根據(jù)距離公式d=c\timest/2（其中c為光速），即可計(jì)算出掃描設(shè)備與目標(biāo)點(diǎn)之間的距離d。為了獲取目標(biāo)物體表面不同位置的點(diǎn)的坐標(biāo)，掃描設(shè)備需要在不同的角度進(jìn)行掃描。通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和俯仰機(jī)構(gòu)，控制激光發(fā)射和接收系統(tǒng)在水平方向和垂直方向上進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的全方位掃描。在掃描過程中，角度測(cè)量裝置實(shí)時(shí)測(cè)量掃描頭在水平方向和垂直方向的角度值\theta和\varphi。根據(jù)極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，可計(jì)算出目標(biāo)點(diǎn)在掃描設(shè)備坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)(x,y,z)：\begin{cases}x=d\times\sin\varphi\times\cos\theta\\y=d\times\sin\varphi\times\sin\theta\\z=d\times\cos\varphi\end{cases}三維激光掃描系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分包括激光掃描儀、控制單元、電源、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備以及用于安裝和支撐的三腳架或其他支架等。激光掃描儀是核心部件，根據(jù)其工作原理和技術(shù)特點(diǎn)，可分為脈沖式激光掃描儀和相位式激光掃描儀等類型。脈沖式激光掃描儀適用于遠(yuǎn)距離、大面積的掃描場(chǎng)景，能夠快速獲取目標(biāo)物體的大致形狀和結(jié)構(gòu)信息；相位式激光掃描儀則具有更高的精度，適用于對(duì)精度要求較高的測(cè)量任務(wù)，如文物保護(hù)、工業(yè)零部件檢測(cè)等?？刂茊卧?fù)責(zé)控制激光掃描儀的掃描參數(shù)設(shè)置、掃描過程的啟動(dòng)和停止以及與其他設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮?。電源為整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備用于存儲(chǔ)掃描獲取的原始數(shù)據(jù)。軟件部分主要包括數(shù)據(jù)采集軟件和數(shù)據(jù)處理軟件。數(shù)據(jù)采集軟件用于設(shè)置掃描參數(shù)，如掃描范圍、掃描分辨率、掃描角度等，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控掃描過程，確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和完整性。數(shù)據(jù)處理軟件則用于對(duì)采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，包括點(diǎn)云數(shù)據(jù)的濾波、去噪、拼接、分類、建模等操作。通過這些處理步驟，將原始的點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的三維模型或其他形式的成果數(shù)據(jù)。3.3.2在滑坡變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用在滑坡變形監(jiān)測(cè)中，三維激光掃描技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。它能夠快速、全面地獲取滑坡體表面的三維信息，為滑坡變形分析提供高精度的數(shù)據(jù)支持。首先，通過定期對(duì)滑坡體進(jìn)行三維激光掃描，可以獲取不同時(shí)期滑坡體表面的三維模型。將不同時(shí)期的三維模型進(jìn)行對(duì)比分析，能夠直觀地觀察到滑坡體表面的變化情況，如滑坡體的位移、沉降、隆起以及裂縫的擴(kuò)展等。例如，在撫順西露天礦大變形滑坡監(jiān)測(cè)中，利用三維激光掃描技術(shù)，對(duì)滑坡體后緣的地裂縫進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過對(duì)比不同時(shí)期的掃描數(shù)據(jù)，可以精確地測(cè)量地裂縫的寬度、深度和長度變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)地裂縫的發(fā)展趨勢(shì)，為滑坡災(zāi)害預(yù)警提供重要依據(jù)。其次，三維激光掃描技術(shù)可以獲取滑坡體表面的高精度點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過對(duì)這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，可以提取滑坡體的地形地貌特征、坡度、坡向等信息。這些信息對(duì)于評(píng)估滑坡體的穩(wěn)定性具有重要意義。例如，通過分析滑坡體表面的坡度分布情況，可以確定滑坡體的易滑區(qū)域；根據(jù)坡向信息，可以判斷滑坡體的滑動(dòng)方向，為制定滑坡防治措施提供參考。此外，三維激光掃描技術(shù)還可以與其他監(jiān)測(cè)技術(shù)相結(jié)合，形成多源協(xié)同監(jiān)測(cè)體系。例如，將三維激光掃描數(shù)據(jù)與GNSS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合，可以同時(shí)獲取滑坡體表面的高精度三維信息和關(guān)鍵點(diǎn)位的位移信息，提高滑坡變形監(jiān)測(cè)的精度和全面性。與InSAR技術(shù)相結(jié)合，可以利用InSAR獲取的大面積形變信息，指導(dǎo)三維激光掃描的重點(diǎn)區(qū)域選擇，同時(shí)利用三維激光掃描的高精度數(shù)據(jù)，對(duì)InSAR監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和補(bǔ)充。在實(shí)際應(yīng)用中，三維激光掃描技術(shù)在撫順西露天礦大變形滑坡監(jiān)測(cè)中發(fā)揮了重要作用。通過在滑坡體周邊設(shè)置多個(gè)掃描站點(diǎn)，對(duì)滑坡體進(jìn)行全方位掃描，獲取了滑坡體表面的詳細(xì)三維信息。利用這些信息，繪制了滑坡體表面的等高線圖和坡度圖，直觀地展示了滑坡體的地形地貌特征和變形情況。同時(shí)，通過對(duì)不同時(shí)期掃描數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，準(zhǔn)確地計(jì)算出了滑坡體的位移量和變形速率，為滑坡災(zāi)害預(yù)警和防治決策提供了科學(xué)依據(jù)。3.3.3數(shù)據(jù)處理與建模點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理：三維激光掃描獲取的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)通常包含大量的噪聲和冗余信息，需要進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理的主要步驟包括數(shù)據(jù)濾波、去噪和精簡(jiǎn)。數(shù)據(jù)濾波是通過設(shè)置一定的濾波算法，去除點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的離群點(diǎn)和噪聲點(diǎn)，提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量。常用的濾波算法有高斯濾波、中值濾波等。去噪是進(jìn)一步去除點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的微小噪聲，使點(diǎn)云更加平滑。精簡(jiǎn)則是在保證點(diǎn)云數(shù)據(jù)特征的前提下，減少點(diǎn)云數(shù)據(jù)的數(shù)量，提高后續(xù)處理的效率。例如，在撫順西露天礦滑坡監(jiān)測(cè)中，通過高斯濾波算法，對(duì)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，有效地去除了因掃描環(huán)境干擾產(chǎn)生的離群點(diǎn)，使點(diǎn)云數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確地反映滑坡體表面的實(shí)際情況。點(diǎn)云拼接：由于一次掃描往往無法獲取整個(gè)滑坡體的全部信息，需要在不同位置進(jìn)行多次掃描，然后將這些掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接。點(diǎn)云拼接的方法主要有基于特征的拼接和基于ICP（迭代最近點(diǎn)）算法的拼接?；谔卣鞯钠唇邮峭ㄟ^提取點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的特征點(diǎn)，如角點(diǎn)、邊緣點(diǎn)等，利用這些特征點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行拼接。ICP算法則是通過不斷迭代，尋找兩個(gè)點(diǎn)云之間的最佳匹配，使兩個(gè)點(diǎn)云在空間位置上對(duì)齊。在實(shí)際應(yīng)用中，通常將兩種方法結(jié)合使用，以提高拼接的精度和可靠性。例如，在對(duì)撫順西露天礦滑坡體進(jìn)行掃描時(shí)，在不同的角度和位置設(shè)置了多個(gè)掃描站點(diǎn)，獲取了多組點(diǎn)云數(shù)據(jù)。首先利用基于特征的拼接方法，初步將這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，然后再使用ICP算法進(jìn)行精細(xì)調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)了高精度的點(diǎn)云拼接，得到了完整的滑坡體表面點(diǎn)云模型。三維建模：經(jīng)過預(yù)處理和拼接后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，需要進(jìn)一步構(gòu)建三維模型，以便更直觀地展示滑坡體的形態(tài)和變形情況。常用的三維建模方法有三角網(wǎng)建模和曲面建模。三角網(wǎng)建模是將點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的點(diǎn)連接成三角形網(wǎng)格，形成一個(gè)近似的表面模型。這種方法簡(jiǎn)單易行，能夠快速生成模型，但模型的光滑度相對(duì)較差。曲面建模則是通過擬合點(diǎn)云數(shù)據(jù)，生成光滑的曲面模型，能夠更好地反映滑坡體表面的真實(shí)形狀。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)監(jiān)測(cè)的需求和點(diǎn)云數(shù)據(jù)的特點(diǎn)選擇合適的建模方法。例如，在對(duì)撫順西露天礦滑坡體進(jìn)行建模時(shí)，對(duì)于一些對(duì)精度要求較高的區(qū)域，采用曲面建模方法，生成光滑的三維模型，以便更準(zhǔn)確地分析滑坡體的變形特征；對(duì)于一些對(duì)模型生成速度要求較高的區(qū)域，采用三角網(wǎng)建模方法，快速生成模型，用于初步的分析和評(píng)估。變形分析：建立三維模型后，可以通過對(duì)比不同時(shí)期的模型，進(jìn)行滑坡體的變形分析。變形分析的主要內(nèi)容包括計(jì)算滑坡體的位移量、沉降量、隆起量以及裂縫的變化等。通過對(duì)這些變形參數(shù)的分析，可以了解滑坡體的變形趨勢(shì)和穩(wěn)定性狀況。例如，在撫順西露天礦大變形滑坡監(jiān)測(cè)中，通過對(duì)比不同時(shí)期的三維模型，計(jì)算出滑坡體在某一時(shí)間段內(nèi)的最大位移量為10厘米，沉降量為5厘米，同時(shí)發(fā)現(xiàn)滑坡體后緣的裂縫寬度增加了2厘米。這些數(shù)據(jù)表明滑坡體在該時(shí)間段內(nèi)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，變形在不斷加劇，需要及時(shí)采取相應(yīng)的防治措施。3.4地面傾斜儀與應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)3.4.1監(jiān)測(cè)原理與儀器選擇地面傾斜儀是一種用于測(cè)量地面傾斜角度變化的儀器，其監(jiān)測(cè)原理基于重力感應(yīng)和光學(xué)測(cè)量技術(shù)。常見的地面傾斜儀包括氣泡式傾斜儀、電子水平儀和光纖式傾斜儀等。以氣泡式傾斜儀為例，其工作原理是利用一個(gè)密封的玻璃管，管內(nèi)裝有液體和一個(gè)氣泡。當(dāng)儀器所在平面發(fā)生傾斜時(shí)，氣泡會(huì)在液體中移動(dòng)，通過測(cè)量氣泡的位置變化，可以計(jì)算出儀器平面的傾斜角度。電子水平儀則是利用加速度傳感器來測(cè)量重力加速度在不同方向上的分量，從而計(jì)算出傾斜角度。光纖式傾斜儀則是基于光的干涉原理，通過測(cè)量光纖中光的相位變化來確定傾斜角度。在撫順西露天礦大變形滑坡監(jiān)測(cè)中，選擇了高精度的光纖式傾斜儀。光纖式傾斜儀具有精度高、抗干擾能力強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，非常適合在復(fù)雜的礦山環(huán)境中使用。其測(cè)量精度可以達(dá)到微弧度級(jí)別，能夠準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)到滑坡體微小的傾斜變化。同時(shí)，光纖式傾斜儀可以通過光纖傳輸信號(hào)，不受電磁干擾的影響，保證了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。應(yīng)力計(jì)是用于測(cè)量巖土體內(nèi)部應(yīng)力變化的儀器，其監(jiān)測(cè)原理基于電阻應(yīng)變片、振弦式傳感器等技術(shù)。電阻應(yīng)變片式應(yīng)力計(jì)是將電阻應(yīng)變片粘貼在彈性元件上，當(dāng)彈性元件受到應(yīng)力作用時(shí)，其長度會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致電阻應(yīng)變片的電阻值發(fā)生改變。通過測(cè)量電阻值的變化，可以計(jì)算出彈性元件所受的應(yīng)力大小。振弦式應(yīng)力計(jì)則是利用鋼弦的自振頻率與所受拉力的平方根成正比的關(guān)系，當(dāng)應(yīng)力計(jì)受到應(yīng)力作用時(shí)，鋼弦的自振頻率會(huì)發(fā)生變化，通過測(cè)量自振頻率的變化來確定應(yīng)力大小。在撫順西露天礦的監(jiān)測(cè)中，選用了振弦式應(yīng)力計(jì)。振弦式應(yīng)力計(jì)具有測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，能夠在惡劣的礦山環(huán)境中長時(shí)間穩(wěn)定工作。其測(cè)量精度可以達(dá)到0.1%FS以上，能夠準(zhǔn)確地反映滑坡體內(nèi)部應(yīng)力的變化情況。同時(shí)，振弦式應(yīng)力計(jì)的信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)，便于在礦區(qū)內(nèi)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。3.4.2安裝與數(shù)據(jù)采集在撫順西露天礦大變形滑坡區(qū)域，根據(jù)滑坡體的地質(zhì)條件和變形特征，合理選擇地面傾斜儀和應(yīng)力計(jì)的安裝位置。在滑坡體的后緣、前緣以及中部等關(guān)鍵部位，布置地面傾斜儀，以監(jiān)測(cè)滑坡體不同部位的傾斜變化。例如，在滑坡體后緣的地裂縫附近，安裝地面傾斜儀，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)后緣由于拉張變形導(dǎo)致的傾斜情況；在滑坡體前緣的鼓脹區(qū)域，安裝地面傾斜儀，關(guān)注前緣在滑動(dòng)過程中的傾斜變化。對(duì)于應(yīng)力計(jì)，主要安裝在滑坡體內(nèi)部的潛在滑動(dòng)面附近以及巖土體力學(xué)性質(zhì)變化較大的區(qū)域。通過在這些位置安裝應(yīng)力計(jì)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)滑坡體內(nèi)部應(yīng)力的分布和變化情況，為分析滑坡的變形機(jī)制提供重要數(shù)據(jù)。例如，在南幫滑坡體內(nèi)部，根據(jù)地質(zhì)勘探資料確定潛在滑動(dòng)面的位置，在潛在滑動(dòng)面上下方分別安裝應(yīng)力計(jì)，以監(jiān)測(cè)滑動(dòng)面處應(yīng)力的變化情況。在數(shù)據(jù)采集方面，地面傾斜儀和應(yīng)力計(jì)均采用自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過傳感器接口與地面傾斜儀和應(yīng)力計(jì)連接，按照設(shè)定的采集頻率，定時(shí)采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。在撫順西露天礦的監(jiān)測(cè)中，設(shè)置數(shù)據(jù)采集頻率為每小時(shí)一次，以獲取滑坡體傾斜和應(yīng)力的實(shí)時(shí)變化情況。采集到的數(shù)據(jù)通過有線或無線傳輸方式，實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心。有線傳輸采用RS485總線或光纖傳輸，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性；無線傳輸則采用4G或LoRa等無線通信技術(shù)，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)撵`活性和便捷性。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，為了確保數(shù)據(jù)的安全性和完整性，采用了數(shù)據(jù)加密和校驗(yàn)技術(shù)。數(shù)據(jù)加密可以防止數(shù)據(jù)在傳輸過程中被竊取或篡改，保證數(shù)據(jù)的安全性；數(shù)據(jù)校驗(yàn)則可以檢測(cè)數(shù)據(jù)在傳輸過程中是否出現(xiàn)錯(cuò)誤，確保數(shù)據(jù)的完整性。例如，采用AES加密算法對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，采用CRC校驗(yàn)算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量。3.4.3數(shù)據(jù)在滑坡分析中的作用地面傾斜儀和應(yīng)力計(jì)獲取的數(shù)據(jù)在撫順西露天礦大變形滑坡分析中具有重要作用，能夠?yàn)樯钊胙芯炕碌淖冃螜C(jī)制提供關(guān)鍵信息。地面傾斜儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠直觀地反映滑坡體的傾斜變化情況，有助于分析滑坡體的滑動(dòng)趨勢(shì)和變形模式。通過對(duì)不同位置地面傾斜儀數(shù)據(jù)的分析，可以確定滑坡體的主滑方向和滑動(dòng)范圍。例如，如果在滑坡體后緣的地面傾斜儀監(jiān)測(cè)到傾斜角度逐漸增大，且傾斜方向指向礦坑內(nèi)部，說明滑坡體后緣正在發(fā)生拉張變形，有向礦坑內(nèi)部滑動(dòng)的趨勢(shì)。同時(shí)，通過對(duì)比不同時(shí)期的地面傾斜儀數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出滑坡體的傾斜速率，評(píng)估滑坡體變形的發(fā)展速度。如果傾斜速率持續(xù)增大，表明滑坡體的變形在加劇，滑坡的危險(xiǎn)性增加。應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠揭示滑坡體內(nèi)部應(yīng)力的分布和變化規(guī)律，對(duì)于理解滑坡的形成機(jī)制和演化過程具有重要意義。在滑坡發(fā)生前，滑坡體內(nèi)部應(yīng)力會(huì)逐漸積累，當(dāng)應(yīng)力超過巖土體的強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致滑坡的發(fā)生。通過應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)滑坡體內(nèi)部應(yīng)力的變化情況，提前發(fā)現(xiàn)應(yīng)力集中區(qū)域，預(yù)測(cè)滑坡的發(fā)生。例如，在潛在滑動(dòng)面附近的應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)到應(yīng)力持續(xù)增大，且超過了巖土體的抗剪強(qiáng)度，說明該區(qū)域可能即將發(fā)生滑動(dòng)，需要及時(shí)采取預(yù)警和防治措施。同時(shí)，應(yīng)力計(jì)數(shù)據(jù)還可以用于驗(yàn)證滑坡數(shù)值模擬模型的準(zhǔn)確性。將應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，如果兩者相符，說明數(shù)值模擬模型能夠較好地反映滑坡體的力學(xué)行為，反之則需要對(duì)模型進(jìn)行修正和改進(jìn)。地面傾斜儀和應(yīng)力計(jì)數(shù)據(jù)的聯(lián)合分析，可以更全面地了解滑坡體的變形特征和力學(xué)狀態(tài)。例如，當(dāng)滑坡體某一部位的地面傾斜儀監(jiān)測(cè)到傾斜變化時(shí)，同時(shí)該部位的應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)到應(yīng)力也發(fā)生變化，通過對(duì)兩者數(shù)據(jù)的綜合分析，可以判斷出該部位的變形是由于應(yīng)力變化引起的，還是由于其他因素導(dǎo)致的。這種聯(lián)合分析方法能夠提高對(duì)滑坡變形機(jī)制的認(rèn)識(shí)，為制定科學(xué)合理的滑坡防治措施提供有力依據(jù)。四、多源數(shù)據(jù)融合與分析4.1多源數(shù)據(jù)特點(diǎn)與融合需求4.1.1不同監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)GNSS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)：具有高精度的特點(diǎn)，采用載波相位差分技術(shù)，定位精度可達(dá)毫米級(jí)甚至優(yōu)于毫米級(jí)。這使得GNSS能夠精確測(cè)量滑坡體表面監(jiān)測(cè)點(diǎn)在水平方向和垂直方向的位移變化，為分析滑坡體的變形特征提供高精度的數(shù)據(jù)支持。GNSS監(jiān)測(cè)具有全天候、全天時(shí)的特性，不受天氣條件限制，無論是晴天、雨天、雪天還是霧天，都能持續(xù)獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。同時(shí)，它還具備實(shí)時(shí)性和自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)，可實(shí)時(shí)獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維位移量，并通過數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)送到控制中心，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄和傳輸數(shù)據(jù)。在監(jiān)測(cè)范圍方面，GNSS監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分布相對(duì)離散，主要獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)位信息，通過合理布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，可獲取滑坡體關(guān)鍵部位的變形信息，但對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的區(qū)域變形情況，難以全面反映。InSAR監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)：最大的優(yōu)勢(shì)在于大面積監(jiān)測(cè)能力，利用衛(wèi)星或飛機(jī)搭載的SAR系統(tǒng)，能夠覆蓋數(shù)百平方公里甚至更大范圍的區(qū)域，可快速、全面地獲取滑坡體的宏觀變形信息，確定滑坡體的變形范圍和邊界變化。InSAR數(shù)據(jù)分辨率較高，目前可達(dá)亞米級(jí)甚至更高，能清晰分辨滑坡體表面的細(xì)微特征，如裂縫、塌陷等。其精度也較高，基于相位測(cè)量，可獲取毫米級(jí)的地表形變信息。InSAR監(jiān)測(cè)同樣不受天氣和光照限制，能實(shí)現(xiàn)全天候、全天時(shí)監(jiān)測(cè)。不過，InSAR監(jiān)測(cè)存在一定局限性，對(duì)于地形復(fù)雜、植被茂密的區(qū)域，由于信號(hào)遮擋和去相干現(xiàn)象，監(jiān)測(cè)精度可能會(huì)受到影響。此外，InSAR監(jiān)測(cè)獲取的是大面積的平均變形信息，對(duì)于滑坡體局部的微小變形細(xì)節(jié)，不如GNSS監(jiān)測(cè)和三維激光掃描精確。三維激光掃描監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)：能夠快速、全面地獲取滑坡體表面的三維信息，生成高精度的三維模型。通過對(duì)不同時(shí)期三維模型的對(duì)比分析，可直觀觀察到滑坡體表面的位移、沉降、隆起以及裂縫的擴(kuò)展等詳細(xì)變形情況。三維激光掃描的精度較高，點(diǎn)云數(shù)據(jù)能夠精確反映滑坡體表面的地形地貌特征。但該技術(shù)在數(shù)據(jù)采集過程中，受到掃描設(shè)備的視場(chǎng)角和掃描距離限制，對(duì)于遠(yuǎn)距離或被遮擋的區(qū)域，可能無法獲取完整的數(shù)據(jù)。同時(shí)，三維激光掃描獲取的數(shù)據(jù)量龐大，數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)的工作量較大，對(duì)計(jì)算機(jī)硬件和軟件的性能要求較高。地面傾斜儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)：主要用于測(cè)量滑坡體的傾斜角度變化，能夠直觀反映滑坡體的傾斜變化情況，有助于分析滑坡體的滑動(dòng)趨勢(shì)和變形模式。地面傾斜儀精度較高，如光纖式傾斜儀測(cè)量精度可達(dá)微弧度級(jí)別，可準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)到滑坡體微小的傾斜變化。其安裝相對(duì)靈活，可根據(jù)需要在滑坡體的不同部位進(jìn)行布置。然而，地面傾斜儀監(jiān)測(cè)范圍相對(duì)較小，只能獲取安裝位置處的傾斜信息，對(duì)于滑坡體整體的變形情況，需要多個(gè)傾斜儀協(xié)同監(jiān)測(cè)才能全面了解。應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)：能夠揭示滑坡體內(nèi)部應(yīng)力的分布和變化規(guī)律，對(duì)于理解滑坡的形成機(jī)制和演化過程具有重要意義。應(yīng)力計(jì)精度較高，如振弦式應(yīng)力計(jì)測(cè)量精度可達(dá)0.1%FS以上，可準(zhǔn)確反映滑坡體內(nèi)部應(yīng)力的變化。但應(yīng)力計(jì)的安裝需要在滑坡體內(nèi)部進(jìn)行鉆孔等操作，對(duì)滑坡體有一定的擾動(dòng)，且安裝位置的選擇對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果影響較大，需要根據(jù)地質(zhì)條件和潛在滑動(dòng)面的位置進(jìn)行合理布置。同時(shí)，應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)只能獲取安裝位置處的應(yīng)力信息，對(duì)于滑坡體整體的應(yīng)力分布情況，需要多個(gè)應(yīng)力計(jì)進(jìn)行分布式監(jiān)測(cè)。不同監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在時(shí)間分辨率、空間分辨率、精度等方面的特點(diǎn)對(duì)比如表4-1所示：[此處插入表4-1不同監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)特點(diǎn)對(duì)比表]4.1.2數(shù)據(jù)融合的必要性與目標(biāo)必要性：?jiǎn)我槐O(jiān)測(cè)技術(shù)存在局限性，無法全面、準(zhǔn)確地獲取滑坡體的變形信息。例如，GNSS監(jiān)測(cè)雖然精度高，但監(jiān)測(cè)范圍有限，且監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布相對(duì)離散，難以反映監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間區(qū)域的變形情況；InSAR監(jiān)測(cè)雖能覆蓋大面積區(qū)域，但對(duì)于地形復(fù)雜、植被茂密的區(qū)域，監(jiān)測(cè)精度會(huì)受到影響，且對(duì)局部微小變形細(xì)節(jié)的監(jiān)測(cè)不如其他技術(shù)精確；三維激光掃描能獲取滑坡體表面的詳細(xì)三維信息，但數(shù)據(jù)采集受視場(chǎng)角和距離限制，且數(shù)據(jù)處理工作量大；地面傾斜儀和應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)范圍小，只能獲取局部的傾斜和應(yīng)力信息。因此，為了全面、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)滑坡變形，需要融合多種監(jiān)測(cè)技術(shù)的數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)單一技術(shù)的不足。目標(biāo)：通過數(shù)據(jù)融合，提高監(jiān)測(cè)精度，將不同監(jiān)測(cè)技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，消除數(shù)據(jù)之間的矛盾和冗余，能夠得到更準(zhǔn)確的滑坡體變形信息。例如，將GNSS監(jiān)測(cè)的高精度點(diǎn)位位移信息與InSAR監(jiān)測(cè)的大面積宏觀變形信息相