摘要
滑坡地质灾害是各个省份和地区都存在的最为广泛的地质灾害之一，每年都造成巨大的人身伤亡和财产损失。为最大限度地减少地质灾害造成的人员伤亡和财产损失，各省都建立了监测预警系统，用以应对滑坡地质灾害。在众多监测系统中，GNSS技术独树一帜，不仅预警结果精确，还实现了全时段无人自动监测，能最大限度地减少人财损失。本文以曲靖市麒麟区一滑坡为例研究 GNSS技术在滑坡监测预警中的具体应用，通过对该滑坡持续进行3年的GNSS监测，对系统发布的预警信息、数据予以分析研判，结果表明该系统监测预警准确率 95%以上，有效保护了该地质灾害点受威胁财产和受威胁人员，取得了良好的社会效益和经济效益，从而深入探讨滑坡地质灾害中GNSS技术的监测预警作用，进一步加强防灾备灾体系和能力建设，全面提高滑坡地质灾害风险防御和应急处置能力。
Abstract
Landslide geological disaster is one of the most extensive geological disasters existing in various provinces and regions， which causes huge personal casualties and property losses every year. In order to minimize the casualties and property losses caused by geological disasters， all provinces have established monitoring and early warning systems to deal with landslide geological disasters. In many monitoring systems， GNSS technology is unique， not only the early warning results are accurate， but also the realization of the whole period of automatic monitoring， can minimize human and financial losses. This paper takes a landslide in Qilin District， Qujing City as an example to study the specific application of GNSS technology in landslide monitoring and warning. Through continuous GNSS monitoring of the landslide for three years， the early warning information and data issued by the system are analyzed and evaluated. The results show that the monitoring and warning accuracy rate of the system is above 95%， which effectively protects the threatened property and threatened personnel in the geological disaster site. Good social and economic benefits have been obtained， so as to further explore the monitoring and early warning function of GNSS technology in landslide geological disasters， further strengthen the disaster prevention and preparedness system and capacity construction， and comprehensively improve the risk prevention and emergency disposal capacity of landslide geological disasters.
0 引言
曲靖市麒麟区位于云南省东部、云贵高原中部，地势呈东西高，南北低，山地、河谷、丘陵、相互交错。地处乌蒙山脉的中南段，山高谷深，高原波状起伏，断陷盆地错落。独特的地形地质条件，时空不均的强降雨，滑坡地质灾害十分发育，现存滑坡隐患点 49 处，威胁人口 5978 人，威胁财产 16911 万元，各类型滑坡地质灾害造成巨大的风险隐患 （图1）。针对此，地方政府积极探索行之有效的滑坡监测预警技术，对地形监测、水文监测、遥感监测、GNSS（Global Navigation Satellite System）监测等都进行了广泛的探索。中国在滑坡监测预警技术方面的研究起步相较于国外较晚，中国地质调查局在全国多个省、自治区和直辖市部署了地质灾害监测预警系统，通过建立数学模型对滑坡灾害进行预警；各类高等院校也在滑坡监测预警算法和模型方面进行了大量研究，提出了多种基于机器学习和数据挖掘技术的滑坡预警方法。但是地形监测、水文监测、遥感监测都存在数据采集偏差、数据处理分析效率低、监测预警准确率低下等问题。因此，引入一种更为先进的技术手段和监测预警系统势在必行，GNSS监测预警技术脱颖而出，此监测法能够有效地避免此前监测技术当中存在的问题，基于 GNSS 的滑坡监测技术安全可靠，在应对滑坡地质灾害监测预警中发挥了不可替代的巨大作用。
2024年1月22日，云南镇雄县塘房镇凉水村合兴、和平两个村民小组发生一起山体滑坡，灾害造成44人死亡。事故发生后，习近平总书记高度重视并作出重要指示，要求迅速组织救援力量，要加强监测预警，科学搜救，防范发生次生灾害（魏思佳， 2024）。总书记的讲话，更是把滑坡地质灾害监测预警提到了一个十分重要的位置。云南省政府和相关部门高度重视，积极开展地质灾害监测预警相关工作，取得了一定的成效，但仍然以群测群防、人工巡查排查复查为主，地质灾害监测预警的新技术新方法运用普及不足，预警主要靠监测人员经验判断，精准度不足，监测预警信息反馈不及时，诸多弊端，这种以群测群防为主的传统的监测预警方式已经不适应当今的防灾减灾工作需要。
姜春生（2015）研制了多模式 GNSS多模多频高精度接收机，研制了GNSS在线监测与预警系统，技术适用范围为地质灾害大型构筑物等变形体；李波等（2019）通过物联网技术实现地质灾害各监测要素的物物相连，实现前端报警、无线互联互通功能，建立地质灾害监测预警平台，并在自贡市荣县一匹山崩塌预警过程中取得了重要成效，具有很强的参考价值；柯福阳（2019）实现了极端天气下 GNSS/北斗地质灾害高精度监测和三维水汽反演的重大理论创新，攻克了滑坡位移智能预测、传感网低功耗路由等关键技术瓶颈，研制出了低功耗“GNSS/北斗+传感网”智能监测装备和多场景自适应监测预警云平台；周密（2019）基于全球导航卫星系统 GNSS 构建地质灾害监测与预警系统，实现对地质灾害隐患点的自动监测、数据分析、预警信息发布等功能；刘武（2021）系统研究山区滑坡地质灾害监测、预警技术的创新研究成果。解决了山区滑坡监测预警中一系列复杂、关键技术难题，推动了滑坡地质灾害防治领域的技术进步，取得了显著的经济效益、社会和环境效益；付晨等（2021）以京津冀协同发展交通网络地质安全监测预警系统项目为背景，选取北京市房山区G108国道王家台不稳定斜坡及堂上村泥石流两个典型区域，通过布设 GNSS 设备监测地表位移情况，阐述了 GNSS 地表位移监测的点位选择及埋设、监测网的布设、数据处理等内容；聂肖虎等（2022）归纳总结了国内外对于降雨诱发滑坡等地质灾害的机理，为降雨导致的滑坡地质灾害监测预警提供理论依据，并对现有的长输管道地质灾害提出合适的预警方法，最后总结了降雨诱发滑坡等地质灾害研究中尚存在的问题；刘雪梅和刘焕军（2022）对全球导航卫星系统（GNSS）技术在地质灾害防治预警系统中的应用进行了阐述，为地质灾害的监测和预防奠定了良好的基础；尹航 （2024）结合实际案例，对 GNSS 技术在地质灾害安全监测预警系统中的应用进行深入研究。
图1曲靖市麒麟区滑坡地质灾害分布图
1 GNSS滑坡监测预警概述
滑坡是指坡体在降雨、水流、地震等自然因素作用下，或者在工程切坡、堆物加载等人为因素作用下，坡体沿斜面下滑的一种现象。监测预警技术对滑坡防治起到至关重要的作用，而 GNSS 的工作机制就是通过监测站实时采集数据（吴忠银， 2021），然后将数据传输至监测预警系统，进行数据分析与处理，最终发布预警数据，实现监测预警的高精度、全过程管理（权京玉，2013）。
长期以来，各级人民政府建立了以预防为主的滑坡地质灾害监测、预警体系，开展地质灾害调查，编制地质灾害防治规划，建设地质灾害群测群防网络和专业监测网络，常用的滑坡监测预警方法有：埋桩法、埋钉法、建筑物裂缝刷漆、贴纸法、旧裂缝填土陷落目测法等（覃永兵，2014）。但每种方法都不尽完美，相互比较之下，GNSS滑坡监测预警技术具有结果精准、不间断自动监测的优点，节省了大量的人力物力和财力，最大程度地避免了人为因素影响，可广泛用于各类地质灾害变形监测，因而成为滑坡监测预警的主要选择（于军，2019）。
GNSS 滑坡地质灾害监测预警系统综合伪距测量、三维坐标测量、高精度位置测量、变形监测等技术于一体，依靠大数据、云计算等技术，布设野外监测站（何智晖，2021），全天候监测滑坡变形、位移等数据，使用移动数据、卫星通信等方式将滑坡实时数据传送至数据处理云平台（张勤等，2022）。构建了一个集数据采集、数据传输、数据处理分析、预警发布的综合监测预警平台（龙昭腾，2018；徐子一等，2020）（图2）。
图2GNSS滑坡监测系统架构图
2 GNSS技术在滑坡监测中的具体应用
2.1 滑坡隐患点概述
麒麟区珠街街道联合村委会白石岩村小组滑坡位于云南省曲靖市麒麟区珠街街道联合村委会白石岩村，滑坡中心点坐标：东经103°56'26.14″，北纬25°27'04. 03″。滑坡体上零散分布有白石岩村民小组部分村民房屋。滑坡区处于构造侵蚀剥蚀低中山地貌区，地势总体西高东低，坡向 125°，区内自然坡度在 15°～20°，局部较陡，坡度达 40°，陡峭的地形为滑坡体蕴藏了巨大的势能。
白石岩村小组滑坡区前缘有北东—南西断层通过，斜坡地表主要分布第四系残坡积层（Q4 el+dl）含碎石黏土，厚1～5 m，分布极不均匀，下伏地层为二叠系中统阳新组（P2y）中厚层灰岩、白云质厚—块状灰岩及厚层块状生物碎屑灰岩、白云岩、石灰岩，基岩产状 140°∠10°，区域厚度约 551 m。滑坡后缘高程2080 m，前缘高程2020 m，相对高差60 m，纵向轴长约230 m，横向宽约260 m，推测滑体厚度10. 0 m，滑体方量约为 59.8 万 m3，为一中型滑坡，滑坡体主滑方向 125°，平面形态呈“舌形”。该滑坡初现时间为 1996 年，近年来，由于自然因素、降雨、人类工程活动、坡体排水的影响，出现建筑变形开裂等新的加剧迹象。该滑坡主要威胁白石岩村村民小组 76 户300人生命及财产安全，潜在经济损失600万元。
2.2 构建监测网型
构建监测网型应综合考虑滑坡区所处地形地貌、坡度、降雨、人类活动等因素，合理地布设监测点和监测设备。在麒麟区珠街街道联合村委会白石岩村小组滑坡中，主要以监测变形和降雨为主，具体包括地表位移、裂缝计、雨量监测等内容。综合考虑监测预警效果、仪器施工与防护条件等内容，本滑坡普适型监测预警仪器设备布设方案如下（表1）：
表1麒麟区珠街街道联合村委会白石岩村小组滑坡监测设备布设信息
（1）在滑坡体外围稳定处布设 1 个 GNSS 基准站；（2）在滑坡体上变形处布设 2 台 GNSS 位移监测仪；（3）在滑坡体上裂缝处布设1个裂缝监测仪；（4） 在滑坡体居民聚集处顶布设1台预警喇叭；（5）在滑坡体外围布设1台雨量计。
本滑坡监测设备布设平面图（图3）、剖面图（图4）如下：
图3珠街街道联合村委会白石岩村小组滑坡监测设备布设平面图
2.3 实际滑坡监测预警应用
本滑坡安装 GNSS 基站 1 台，GNSS 地表位移测站 2 台，雨量计 1 台，裂缝计 1 台，预警喇叭 1 台，自 2021年安装完成投入使用后，全天候24小时对该滑坡地表位移、裂缝、雨量进行监测，并在系统中生成监测曲线图（图5）如下：
通过对采集的各种滑坡数据进行分析研判，因地制宜地设置预警值，当设备达到预警设定值，根据严重程度，依次发出蓝色预警、黄色预警、橙色预警、红色预警（表2），并自动发送短信通知该隐患点监测人员及管理人员，及时有效地让监测预警人员高度注意、加密监测、加强分析研判，要求地方群测群防员加强巡视排查、及时记录上报。该系统运行 3年以来，累计发布监测预警信息50条，其中准确信息 48 条，监测预警准确率 96%，其中红色预警 10 条，及时撤离了群众，有效保护了该地质灾害点受威胁财产 600 万元和受威胁人员 300 人，取得了良好的社会效益和经济效益。
图4珠街街道联合村委会白石岩村小组滑坡监测设备布设剖面图
图5珠街街道联合村委会白石岩村小组滑坡监测曲线图
表2珠街街道联合村委会白石岩村小组滑坡监测预警模型
3 讨论
基于 GNSS的滑坡地质灾害监测预警技术是当前监测预警技术当中最为先进的一种，此监测预警法有效地避免了早期监测技术中存在的问题和漏洞（邓李政等，2023），（1）数据采集准确迅速，对监测数据实现了实时收集，在偏远地区或复杂地形地貌中也能实现准确采集（任青阳，2019）；（2）数据处理、分析精准，数据处理高效，对收集到的各种监测实行了同步处理、同步分析，足以满足实时监测的要求；（3）预警准确性高，不同于传统的预警方法依赖于经验判断和简化模型，该系统通过大数据、云计算等综合分析，能实现监测预警准确率 95% 以上。
基于 GNSS技术在滑坡地质灾害防治的实际运用，虽然实现了监测数据的实时收集分析，但从长远来看，仍然存在一些不足之处，（1）由于突发性地质灾害发生突然，前兆现象一般不明显，且多数突发性地质灾害活动强烈，所以预测、预报和预防比较困难，常使人猝不及防，造成严重的破坏损失，需进一步探索将 GNSS 技术与其他技术手段相结合，提高地质灾害预警的准确性和时效性（柴学义， 2022）。（2）目前大多的 GNSS 滑坡监测都以滑坡区表面土体的位移、裂缝监测为主，在深层土体往往没有监测，对深层的滑坡体、地下水等情况还没有实行监测，因而造成监测预警的覆盖面不足问题 （李侃等，2023）。
综上所述，基于 GNSS 的滑坡地质灾害监测预警技术取得了良好的社会经济效益，同时也存在一些不足之处，但是仅仅依靠监测设备来应对地质灾害是远远不够的，需要努力构建“技防”+“人防”相结合的预警模式，全面启动地质灾害综合防治体系建设，强化基层责任人的责任，严谨地落实责任制度，有效地发挥预警信息的传播和发布的能力，只有努力构建群测群防体系，才能使滑坡防治的成功更有保障，全面保障人民群众生命财产安全（何秉顺等，2016）。
4 结论
（1）基于 GNSS 的滑坡地质灾害监测预警技术在麒麟区山体滑坡中监测准确率95%以上，不依靠人为经验判断，有效保护了该地质灾害点受威胁财产和受威胁人员，取得了良好的社会效益和经济效益。
（2）GNSS 监测预警技术收集滑坡变形数据准确迅速，在偏远地区或复杂地形地貌中也能实现准确采集，应用性较强。
（3）GNSS 监测预警技术能实现全天候 24 h 监测，且能同步处理数据、发布监测预警信息，具有很强的借鉴意义和推广意义。
