露天礦排土場地表應(yīng)急監(jiān)測系統(tǒng)研究

　　一、項(xiàng)目背景

　　某露天礦外排土場下部有大量務(wù)工人員居住，在降雨情況下，易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，造成人員財(cái)產(chǎn)損失(如圖1、圖2所示)。為加強(qiáng)露天礦邊坡監(jiān)測監(jiān)控，保障人員安全，技術(shù)人員本著“降本增效”原則，充分發(fā)揮現(xiàn)有人員及設(shè)備功能，研究出了露天礦排土場地表應(yīng)急監(jiān)測系統(tǒng)。

　　該監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)合現(xiàn)場邊坡和地形情況，借助“測量機(jī)器人自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)”，從設(shè)計(jì)到選址、施工完全獨(dú)立自主完成，合理利用原有舊的設(shè)備配件，結(jié)合無人機(jī)航測技術(shù)，定期更新監(jiān)測點(diǎn)坐標(biāo)，提高監(jiān)測精度，利用4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，保障了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，及時(shí)將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測室進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

　　圖1 露天排土場易滑坡區(qū)域現(xiàn)狀圖

　　圖2 排土場下方居民房屋

　　二、研究內(nèi)容

　　1.基本原理

　　該系統(tǒng)主要利用電子測距技術(shù)和電子測角技術(shù)。電子測距是利用電磁波在空氣中傳播的速度為已知這一特性，測定電磁波在被測距離上往返傳播的時(shí)間來求得距離值。GPS-RTK測量由一個(gè)參考站、多個(gè)流動(dòng)站和數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)組成，流動(dòng)站利用數(shù)據(jù)通訊鏈接，接收來自參考站的改正數(shù)，從而獲得高精度的坐標(biāo)值。

　　系統(tǒng)目標(biāo)：通過GEOMOS軟件，使用無線網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃夹g(shù)，遠(yuǎn)程遙控智能全站儀監(jiān)測設(shè)備，自動(dòng)定期對指定監(jiān)測點(diǎn)開展監(jiān)測工作。

　　系統(tǒng)達(dá)到的效果：系統(tǒng)能自動(dòng)分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，對變形情況進(jìn)行預(yù)報(bào)預(yù)警。

　　圖3 現(xiàn)場監(jiān)測圖

　　2.技術(shù)特點(diǎn)

　　(1)該監(jiān)測系統(tǒng)所能達(dá)到的監(jiān)測精度為厘米級，監(jiān)測周期為5分鐘至2小時(shí)，可以根據(jù)監(jiān)測需要調(diào)整監(jiān)測周期，保障了監(jiān)測的及時(shí)性。

　　(2)監(jiān)測精度高，達(dá)到厘米級監(jiān)測精度，實(shí)時(shí)在線、實(shí)時(shí)分析、即時(shí)告警。

　　(3)通過自主研發(fā)的GPS靜態(tài)測量控制裝置，可定期對監(jiān)測主機(jī)處控制點(diǎn)進(jìn)行檢核校正，隨時(shí)更新測站點(diǎn)坐標(biāo)，避免因震動(dòng)等因素產(chǎn)生監(jiān)測誤差，提高了監(jiān)測精度。

　　(4)該系統(tǒng)采用開放的數(shù)據(jù)接口，可持續(xù)升級高版本的智能全站儀，室內(nèi)外均可應(yīng)用，系統(tǒng)工作溫度范圍為(-35℃-40℃)，在雨季邊坡監(jiān)測中應(yīng)用良好。

　　圖4 監(jiān)測用棱鏡

　　該成果關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備硬件包括：智能全站儀，監(jiān)測棱鏡，臺式電腦，4G網(wǎng)絡(luò)模塊，軟件系統(tǒng)主要是GEOMOS軟件(如圖3-圖5所示)。

　　圖5 GEOMOS軟件

　　3.基本功能

　　該系統(tǒng)監(jiān)測范圍南北長約630米，東西方向長約300米，如圖6所示，覆蓋1430至1360平盤邊坡區(qū)域，現(xiàn)場共布設(shè)地表監(jiān)測點(diǎn)38個(gè)，間距約50米，監(jiān)測周期2小時(shí)，該地表監(jiān)測系統(tǒng)是通過GEOMOS軟件，使用無線網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃夹g(shù)，遠(yuǎn)程遙控智能全站儀監(jiān)測設(shè)備，自動(dòng)定期對指定監(jiān)測點(diǎn)開展監(jiān)測工作，并能自動(dòng)分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，對變形情況進(jìn)行預(yù)報(bào)預(yù)警(如圖7、圖8所示)。通過geomos系統(tǒng)，遠(yuǎn)程控制儀器，監(jiān)測結(jié)果通過自己設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心(如圖9所示)。

　　圖6 監(jiān)測區(qū)域示意圖

　　圖7 監(jiān)測系統(tǒng)流程圖

　　圖8 geomos系統(tǒng)的操作界面

　　圖9 數(shù)據(jù)中心

　　三、應(yīng)用效果

　　1.經(jīng)濟(jì)效益

　　該系統(tǒng)完全自己設(shè)計(jì)、施工，技術(shù)成本投入很低。與外委施工相比，在設(shè)備備件、現(xiàn)場安裝、技術(shù)服務(wù)等方面共節(jié)省費(fèi)用約120萬元。若邊坡失穩(wěn)滑坡，治理費(fèi)用預(yù)計(jì)1000萬元，通過有效監(jiān)測，避免了滑坡事故的發(fā)生。

　　2.社會效益

　　建立運(yùn)行地表監(jiān)測系統(tǒng)，有效提高了該區(qū)域邊坡監(jiān)測監(jiān)控力度，目前該套系統(tǒng)運(yùn)行良好，保障了安全生產(chǎn)。

　　四、推廣應(yīng)用前景

　　該系統(tǒng)圖形化分析，提供報(bào)表，開放的數(shù)據(jù)接口，功能模塊化，易于擴(kuò)展，可持續(xù)升級高版本的智能全站儀;應(yīng)用條件為距監(jiān)測站3km以內(nèi)范圍;針對露天礦邊坡、排土場、建筑物變形監(jiān)測等方面，均可利用該套系統(tǒng)技術(shù)原理進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測。