邊坡形變監(jiān)技術(shù)的發(fā)展研究文獻(xiàn)綜述國(guó)際上對(duì)邊坡監(jiān)測(cè)開展較早，1860年意大利[7]就是開始對(duì)邊坡形變監(jiān)測(cè)開展了研究，而國(guó)內(nèi)對(duì)邊坡監(jiān)測(cè)起步較晚，在20世紀(jì)，60年底才開始了邊坡形變監(jiān)測(cè)預(yù)警的研究。早期主要依靠人工巡邏、肉眼觀看排查，存在工作量大、效率低、精度差的特點(diǎn)，后期隨著科技的發(fā)展，人們用監(jiān)測(cè)儀器代替肉眼觀察，提升了監(jiān)測(cè)精度，但依然需要人的操作。大地測(cè)量法大地測(cè)量法主要通地理測(cè)量?jī)x器（包括全站儀，水準(zhǔn)儀，測(cè)距儀，經(jīng)緯儀[8]等）獲取邊坡方向、高差、距離、角度等信息，從而對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析計(jì)算。全站儀由于擁有易操作、部署速度快、監(jiān)測(cè)精度高的特點(diǎn)，在邊坡監(jiān)測(cè)用的比較廣泛。全站儀可通過(guò)極坐標(biāo)法、交會(huì)法、導(dǎo)線法等快速獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，并且在一個(gè)測(cè)點(diǎn)站內(nèi)就能完成距離與角度的測(cè)量。而高差也可以通過(guò)三角測(cè)量法獲取，且技術(shù)成熟精度能達(dá)到毫米級(jí)別。但是缺點(diǎn)是工作量巨大、監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)、監(jiān)測(cè)效率低無(wú)法對(duì)邊坡進(jìn)行連續(xù)觀察，且只能對(duì)邊坡有限的點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，無(wú)法獲取大面積邊坡整體形變信息，并且受視野遮擋以及能見度等情況影響。GNSS形變監(jiān)測(cè)方法GNSS常見有俄羅斯的GLONASS、中國(guó)北斗導(dǎo)航衛(wèi)星、美國(guó)GPS。由于地球上的任意一點(diǎn)必須至少有4顆衛(wèi)星同步連續(xù)的觀測(cè)[9]，因此保證了GPS連續(xù)實(shí)時(shí)性以及定位速度快、精度高的特點(diǎn)并被廣泛用于邊坡監(jiān)測(cè)。GPS定位需要對(duì)GPS網(wǎng)的部署，需要在監(jiān)測(cè)區(qū)域外布置基準(zhǔn)點(diǎn)，然后在形變區(qū)域根據(jù)邊坡的形變趨勢(shì)部署GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)，利用后解算軟件進(jìn)行解算，并定期對(duì)GPS基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)校準(zhǔn)[10]。但是GPS形變監(jiān)測(cè)也存在缺陷，GPS只能對(duì)有限個(gè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，無(wú)法獲取大范圍邊坡形變的信息，且GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)造價(jià)高，要求監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近不得有高壓電、信號(hào)塔等對(duì)GPS信號(hào)進(jìn)行干擾。分布式光纖傳感技術(shù)分布式光纖傳感技術(shù)是以光為載體，當(dāng)物體發(fā)生形變，會(huì)對(duì)光的一些屬性（包括強(qiáng)度、頻率、相位、偏振態(tài)等）發(fā)生一定的差異。進(jìn)而根據(jù)這些細(xì)微的差異來(lái)感知形變。常見的有分布式布里淵時(shí)域光反射（Brillouinopticaltimedomainreflection,即BOTDR）以及布拉格光柵（fiberBragggrating即FBG)[11]。BOTDR，是在依靠單模光纖中發(fā)射脈沖光與其中的光聲子產(chǎn)生相互作用進(jìn)而生成布里淵散射現(xiàn)象[12]。當(dāng)光纖上發(fā)生溫度變化以及光纖發(fā)生張拉，則會(huì)導(dǎo)致布里淵頻率發(fā)生漂移，如圖1.1所示。光纖應(yīng)變、溫度以及布里淵頻率變化量的光纖表達(dá)式為：（1.1）圖1.1BOTDR監(jiān)測(cè)示意圖為當(dāng)前環(huán)境溫度、光纖受的應(yīng)變的情況下布里淵頻率，為初始環(huán)境條件，應(yīng)變?yōu)?，環(huán)節(jié)溫度下的布里淵頻率。、分表表示光纖的應(yīng)變與溫度導(dǎo)致布里淵頻譜漂移的系數(shù)。FBG主要是在光纖上選取一段刻上光柵信息，使得光在該區(qū)域獲得布拉格波長(zhǎng)信息。當(dāng)布拉格光柵區(qū)域發(fā)生溫度或者應(yīng)變變化，則布拉格波長(zhǎng)也會(huì)產(chǎn)生變化[13]，通過(guò)探測(cè)布拉格波長(zhǎng)的變化來(lái)計(jì)算相應(yīng)的溫度與應(yīng)變，其原理如圖1.2所示圖1.2FBG原理圖光纖傳感器技術(shù)是近十年發(fā)展的新型邊坡監(jiān)測(cè)技術(shù)，由于其耐腐蝕、抗電磁干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、分布式監(jiān)測(cè)等特點(diǎn)，因此被應(yīng)用于邊坡監(jiān)測(cè)。但是也有一定的局限性，當(dāng)時(shí)邊坡形變過(guò)大，光纖容易被扯斷，此時(shí)監(jiān)測(cè)無(wú)數(shù)據(jù)。測(cè)量機(jī)器人由CCD影像傳感器構(gòu)成[14]，能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)目標(biāo)位圖像特征分析自動(dòng)進(jìn)行影像配準(zhǔn)，并且配有圖像算法（如區(qū)域分割法、閾值法、開窗法等）能夠精確的照準(zhǔn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，從而獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離與角度以及二維、三維信息等。測(cè)量機(jī)器人[15]相比于傳統(tǒng)的大地測(cè)量，由計(jì)算機(jī)全自動(dòng)控制并配合網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)代替人工操作。只需人工設(shè)置限差條件、監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量等即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，極大提高監(jiān)測(cè)效率以及監(jiān)測(cè)精度。但是與GPS測(cè)量相同只能對(duì)有限個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，需要部署棱鏡形成監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，無(wú)法獲取大范圍的整個(gè)形變區(qū)域信息。三維激光掃描三維激光掃描是近些年來(lái)發(fā)展起來(lái)新型監(jiān)測(cè)技術(shù)，利用激光測(cè)距原理獲取物體表面大量測(cè)距點(diǎn)的三維信息，大量密集的測(cè)點(diǎn)形成點(diǎn)云[16]，進(jìn)而通過(guò)點(diǎn)云能夠還原物體的三維模型。三維激光掃描以其非接觸式、主動(dòng)式、高精度、高效的特點(diǎn)被用于邊坡形變監(jiān)測(cè)。其主要通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域周期觀測(cè)，并周期采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接、濾波來(lái)重構(gòu)邊坡的三維模型[17]，并對(duì)周期采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析即可獲得邊坡形變發(fā)展趨勢(shì)。但是由于三維激光掃描數(shù)據(jù)量大，因此數(shù)據(jù)處理工資任務(wù)比較大并且無(wú)法自動(dòng)化處理數(shù)據(jù)，無(wú)法對(duì)邊坡進(jìn)行全天候自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。近景攝影測(cè)量技術(shù)近景攝影測(cè)量技術(shù)[18]通常是對(duì)300米內(nèi)對(duì)被測(cè)物體采用攝影測(cè)量的方法，對(duì)近距離監(jiān)測(cè)區(qū)域攝影以確定外形、形態(tài)和幾何位置空間信息。相比普通攝影，近景攝影測(cè)距需要獲取對(duì)相機(jī)進(jìn)行驗(yàn)校，以獲得相機(jī)的焦距以及畸變參數(shù)等。然后通過(guò)處理軟件獲得監(jiān)測(cè)區(qū)域的點(diǎn)云，并采用軟件圖像處理算法，對(duì)點(diǎn)云中的控制點(diǎn)的匹配[19]，來(lái)還原DEM數(shù)據(jù)。最后把不同時(shí)期的觀測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系下，然后進(jìn)行對(duì)比來(lái)獲取邊坡的形變信息。近景攝影為非接觸式測(cè)量、可快速獲取DEM數(shù)據(jù)、采集數(shù)據(jù)工作量小因此用于邊坡形變監(jiān)測(cè)。但是同時(shí)也有其不足之處，其監(jiān)測(cè)距離短，且對(duì)視野有要求，在能見度低的環(huán)境下精度差，且對(duì)攝像圖像質(zhì)量有較高的要求。（7）邊坡微變形雷達(dá)邊坡微變形雷達(dá)技術(shù)（也稱合成孔徑雷達(dá)、基地雷達(dá)），最由星載雷達(dá)發(fā)展而來(lái)，通過(guò)發(fā)射微波對(duì)地表形變進(jìn)行探測(cè)，具有一定的穿透性，因此不受雨天、大霧等天氣以及光照強(qiáng)度影響，能在極低的能見度的情況下進(jìn)行高分辨率成像。運(yùn)用在滑坡地表形變監(jiān)測(cè)上，具有監(jiān)測(cè)精度高（能達(dá)到亞毫米級(jí)別監(jiān)測(cè)精度）、全天候在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、大范圍監(jiān)測(cè)、非接觸式測(cè)量等優(yōu)勢(shì)，相比較于傳統(tǒng)測(cè)量手段無(wú)須監(jiān)測(cè)人員在滑坡危險(xiǎn)區(qū)域布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，能夠保證監(jiān)測(cè)人員的安全根據(jù)以上的方法分析，傳統(tǒng)的方法如大地測(cè)量法、GNSS、全自動(dòng)機(jī)器人等，只能對(duì)有限的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)對(duì)較大的邊坡，無(wú)法整體反應(yīng)邊坡的形變狀況。而面式的如三維激光掃描、近景攝像技術(shù)等，能夠?qū)^大的面進(jìn)行形變測(cè)量。但是監(jiān)測(cè)距離受限制，監(jiān)測(cè)距離較短。且三維激光掃描無(wú)法在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，需要周期通過(guò)人工進(jìn)行測(cè)量，而且容易受天氣影像。近景攝影技術(shù)，無(wú)法在大霧、雨天以及能見度較低的情況下工作。而邊坡微變形雷達(dá)，是通過(guò)發(fā)射電磁來(lái)探測(cè)邊坡的形變，因此具有一定的穿透性，在雨天、大霧等情況依然能夠進(jìn)行高精度探測(cè)，且能夠大范圍，在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。因此本文主要對(duì)邊坡微變形雷達(dá)該技術(shù)手段進(jìn)行研究。文獻(xiàn)張帥,賀拿,鐘衛(wèi),胡凱衡,楊紅娟.滑坡災(z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