王翠珀，陳躍月

（1.遼寧省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，遼寧沈陽(yáng)110032；2.遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，遼寧沈陽(yáng)110032）

GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)在撫順西露天礦邊坡變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

王翠珀1，陳躍月2

（1.遼寧省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，遼寧沈陽(yáng)110032；2.遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，遼寧沈陽(yáng)110032）

撫順西露天礦采坑是亞洲最大的露天采坑.長(zhǎng)期高強(qiáng)度的礦山開(kāi)采誘發(fā)了一系列滑坡地質(zhì)災(zāi)害.在西露天礦邊坡變形監(jiān)測(cè)實(shí)踐工作中，總結(jié)出GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)、構(gòu)成，詳細(xì)介紹了撫順市西露天礦北幫變形監(jiān)測(cè)的GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀況評(píng)價(jià)了GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)的可行性和可靠性.

GPS；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)；地面變形；撫順市西露天礦；遼寧省

GPS（Global Positioning System）意為全球定位系統(tǒng)，是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)，用于無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航定位的覆蓋全球的龐大系統(tǒng).GPS技術(shù)在導(dǎo)航、定位、精密測(cè)量等應(yīng)用領(lǐng)域得到了迅猛發(fā)展，在精密控制網(wǎng)建設(shè)、工程變形監(jiān)測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害變形等領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用事例愈來(lái)愈多.尤其是GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以其實(shí)時(shí)性被廣泛地應(yīng)用于滑坡變形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，并取得了較好的效果.撫順市西露天礦邊坡變形監(jiān)測(cè)引進(jìn)了GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)重大地質(zhì)災(zāi)害體的實(shí)時(shí)化監(jiān)測(cè)預(yù)警.本文將以撫順西露天礦邊坡變形監(jiān)測(cè)實(shí)踐工作為基礎(chǔ)，總結(jié)GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)、構(gòu)成，詳細(xì)介紹西露天礦北幫變形監(jiān)測(cè)的GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建，針對(duì)實(shí)際運(yùn)行狀況評(píng)價(jià)GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)的可行性和可靠性.

1 撫順西露天礦邊坡變形監(jiān)測(cè)工作簡(jiǎn)介

撫順西露天煤礦采坑是亞洲最大的露天采坑，坐落撫順市東南，采坑面積約10.87 km2，東西長(zhǎng)6.6 km，南北寬2.2 km，平均深度約405 m.

該煤礦采坑北幫緊鄰撫順市區(qū)及一批大型企業(yè)單位.長(zhǎng)期高強(qiáng)度的礦山開(kāi)采誘發(fā)了一系列滑坡地質(zhì)災(zāi)害.如1995年7月27日強(qiáng)降雨導(dǎo)致北幫部分地段發(fā)生滑坡.

為了減少滑坡災(zāi)害對(duì)國(guó)家財(cái)產(chǎn)及人民群眾生命安全的威脅，項(xiàng)目組引進(jìn)GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了24小時(shí)不間斷的對(duì)地質(zhì)災(zāi)害體監(jiān)測(cè)及滑坡體位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程自動(dòng)傳輸.該系統(tǒng)為災(zāi)害體的預(yù)警和應(yīng)急預(yù)案的啟動(dòng)提供有效的技術(shù)保障.

2 GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的含義和特點(diǎn)

GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)是指通過(guò)對(duì)GPS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、發(fā)布等相關(guān)技術(shù)，讓監(jiān)測(cè)人員在第一時(shí)間了解、掌握監(jiān)測(cè)對(duì)象的變形動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)而做出決策的多種技術(shù)的集合［1］.

2.1 實(shí)時(shí)性

實(shí)時(shí)性即遠(yuǎn)程的目標(biāo)層人員可在第一時(shí)間獲取監(jiān)測(cè)對(duì)象的GPS監(jiān)測(cè)信息.而獲取的過(guò)程是自動(dòng)的，無(wú)需技術(shù)人員值守干預(yù).顯而易見(jiàn)，實(shí)時(shí)的特性可以最大限度地解放勞動(dòng)力，降低監(jiān)測(cè)人員風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)營(yíng)成本.

同傳統(tǒng)GPS靜態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)相比，GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)采集方式是連續(xù)的、跟蹤式的.數(shù)據(jù)的采集周期很短，通常在數(shù)小時(shí)之內(nèi)，甚至更短.這對(duì)于跟蹤災(zāi)害體變形過(guò)程，進(jìn)行反演分析具有十分重要的意義.其寵大的數(shù)據(jù)量通常也會(huì)對(duì)軟硬件配置提出較高的要求.

不難理解，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是更高層次上的自動(dòng)化監(jiān)測(cè).因此要求所有的監(jiān)測(cè)儀器均能自動(dòng)化作業(yè).監(jiān)測(cè)儀器自動(dòng)化分為兩種，一種是監(jiān)測(cè)儀器本身具備定時(shí)采樣和存儲(chǔ)功能，另一種是通過(guò)第三方的自動(dòng)采集控制采樣.不管使用何種方式或基于何種原理，其數(shù)據(jù)采集是能夠自動(dòng)或觸發(fā)實(shí)現(xiàn)的.

2.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的另一主要特點(diǎn).通常情況下，監(jiān)測(cè)控制中心設(shè)立在遠(yuǎn)離災(zāi)體、經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)的城鎮(zhèn)區(qū)，需要借助公眾通信網(wǎng)絡(luò)或其他介質(zhì)將各種類(lèi)型的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)“搬運(yùn)”過(guò)來(lái)，進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換計(jì)算，生成目標(biāo)層人員所需要的成果.這個(gè)“搬運(yùn)”過(guò)程即監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，如借助GSM/GPRS或CDMA網(wǎng)絡(luò)、UHF數(shù)傳電臺(tái)或通信衛(wèi)星等.撫順西露天礦實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)采用CDMA網(wǎng)絡(luò)方式.

2.3 系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)性

由于GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、傳輸、發(fā)布等多個(gè)技術(shù)單鏈集合構(gòu)成，其中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)失敗均可導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常工作，因此，GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在著一定的風(fēng)險(xiǎn)性.其風(fēng)險(xiǎn)構(gòu)成除了電力（如斷電停電）等保障體系風(fēng)險(xiǎn)和監(jiān)測(cè)儀器（如傳感器、采集儀故障）、傳輸系統(tǒng)（如占線(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)資源不足、數(shù)據(jù)安全）、發(fā)布系統(tǒng)（如網(wǎng)路阻塞、系統(tǒng)崩潰）等技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)外，還包括人為抗力風(fēng)險(xiǎn)，如監(jiān)測(cè)儀器設(shè)施的人為破壞、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的惡意攻擊等.對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)的營(yíng)救除最大程度地降低保障體系風(fēng)險(xiǎn)和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)外，還需要通過(guò)立法、宣傳等有效措施降低人為抗力風(fēng)險(xiǎn)，并設(shè)技術(shù)人員對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行即時(shí)維護(hù)，保障系統(tǒng)正常運(yùn)行.

從以上GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的含義及特點(diǎn)可以看出，構(gòu)建GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不僅要在致災(zāi)地質(zhì)作用分析的基礎(chǔ)上，選擇合理的監(jiān)測(cè)方法，設(shè)計(jì)有效的監(jiān)測(cè)網(wǎng)，更重要的是需要自動(dòng)化監(jiān)測(cè)儀器、自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集設(shè)備、高效快速的數(shù)據(jù)傳輸方式、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)處理與存儲(chǔ)以及監(jiān)測(cè)信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等軟、硬件技術(shù)與之配合.使用簡(jiǎn)捷、高效、經(jīng)濟(jì)的方案將這些配合技術(shù)和設(shè)備與監(jiān)測(cè)網(wǎng)有機(jī)結(jié)合在一起，并最大程度地降低系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)存在的風(fēng)險(xiǎn)，是進(jìn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體部署的主要任務(wù).

3 GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成

GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)按照系統(tǒng)的功能，可以分成①GPS監(jiān)測(cè)站；②通信子系統(tǒng)；③數(shù)據(jù)處理顯示系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）.

圖1 系統(tǒng)框架圖Fig.1 System framework chart

3.1 GPS監(jiān)測(cè)站?

基準(zhǔn)站包括在撫順市建設(shè)的2個(gè)基準(zhǔn)站及周邊的IGS（International GPS Service）站.在不同地點(diǎn)分別設(shè)立了7個(gè)觀(guān)測(cè)站.

3.2 通信子系統(tǒng)

通信子系統(tǒng)采用無(wú)線(xiàn)傳輸，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送、下載預(yù)報(bào)精密星歷和IGS站原始等數(shù)據(jù)的Internet服務(wù).通信方式有有線(xiàn)通信、無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)通信等.

3.3 數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)

數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)設(shè)在遼寧省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，主要實(shí)現(xiàn)GPS數(shù)據(jù)的接收、GPS原始數(shù)據(jù)處理、位移數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、位移分析顯示服務(wù)等功能.

GPS監(jiān)測(cè)站的數(shù)據(jù)采集后，通過(guò)通信子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸，最后到達(dá)數(shù)據(jù)處理顯示系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理顯示系統(tǒng)通過(guò)處理各個(gè)觀(guān)測(cè)站的GPS觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)和IGS站的星歷數(shù)據(jù)，經(jīng)分析處理后，最終能夠得到撫順西露天礦GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移數(shù)據(jù).

4 撫順市西露天礦實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立

根據(jù)撫順西露天礦北幫邊坡滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)警工作方案的總體規(guī)劃，建立了GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng).

（1）建立2個(gè)GPS基準(zhǔn)站及7個(gè)GPS連續(xù)運(yùn)行監(jiān)測(cè)站.

（2）接收2個(gè)基準(zhǔn)站的GPS實(shí)時(shí)原始數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)回傳，能夠每天生成Rinex2.0觀(guān)測(cè)文件.

（3）利用覆蓋撫順市的GPS沉降網(wǎng)的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，研發(fā)自動(dòng)化的高精度處理軟件，自動(dòng)下載原始數(shù)據(jù)、星歷數(shù)據(jù)等文件，定時(shí)自動(dòng)處理出高精度的GPS位移數(shù)據(jù).

（4）開(kāi)發(fā)自動(dòng)存儲(chǔ)、自動(dòng)報(bào)警軟件，把自動(dòng)處理后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中，為其他監(jiān)測(cè)分析軟件提供數(shù)據(jù)接口.

（5）開(kāi)發(fā)網(wǎng)站軟件，能夠通過(guò)Web方式，隨時(shí)隨地通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)查看GPS觀(guān)測(cè)網(wǎng)位移變化，為撫順西露天礦地面變形監(jiān)測(cè)提供高精度、高時(shí)空分辨率、全天候的數(shù)據(jù).能夠通過(guò)Web方式，顯示各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)程曲線(xiàn)、位移矢量圖.將定位數(shù)據(jù)作為一種寶貴的資源加以開(kāi)發(fā)、共享，服務(wù)撫順市的其他社會(huì)需求.

5 GPS監(jiān)測(cè)站設(shè)施建設(shè)

監(jiān)測(cè)站外部設(shè)施是強(qiáng)制對(duì)中監(jiān)測(cè)墩、外部天線(xiàn)、避雷針等.

監(jiān)測(cè)站設(shè)備儀器包括雙頻GPS接收機(jī)、天線(xiàn)轉(zhuǎn)換器（部分站點(diǎn)）、無(wú)線(xiàn)通訊設(shè)備.

基準(zhǔn)站和觀(guān)測(cè)站均通過(guò)無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)自動(dòng)登錄到數(shù)據(jù)中心，中心站軟件通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)接收基準(zhǔn)站和觀(guān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù).根據(jù)一機(jī)多天線(xiàn)思想，建立了GPS一機(jī)多天線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)成本.其由野外采集子系統(tǒng)和室內(nèi)控制子系統(tǒng)組成.前者將天線(xiàn)陣列采集的GPS信號(hào)，經(jīng)分時(shí)器、信號(hào)放大器、無(wú)線(xiàn)路由器、WLAN天線(xiàn)傳輸至后者，經(jīng)數(shù)據(jù)處理得各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，既能滿(mǎn)足邊坡實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的精度,又解決了衛(wèi)星信號(hào)在不同天線(xiàn)通道間切換產(chǎn)生的周跳問(wèn)題，使數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)化.

5 數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)

5.1 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

撫順市GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)GPS數(shù)據(jù)的下載、軌道數(shù)據(jù)下載、形變計(jì)算、坐標(biāo)變換和數(shù)據(jù)顯示等功能.數(shù)據(jù)中心的硬件包括數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)和www服務(wù)器、交換機(jī)、路由器和外網(wǎng)接入設(shè)備等.

5.2 數(shù)據(jù)伺服處理程序

撫順西露天礦地面變形監(jiān)測(cè)的GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是利用GPS數(shù)據(jù)，基于高精度軟件，通過(guò)自動(dòng)采集GPS觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，自動(dòng)下載精密星歷，自動(dòng)處理、存儲(chǔ)、顯示、報(bào)警的綜合處理系統(tǒng)，得到GPS精確定位結(jié)果.此系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，功能齊全，大大增強(qiáng)了海量數(shù)據(jù)的處理能力，減少人工投入，降低技術(shù)門(mén)檻.

5.3 監(jiān)測(cè)信息發(fā)布系統(tǒng)

信息發(fā)布主頁(yè)為遠(yuǎn)程用戶(hù)提供所需的全部信息，包括監(jiān)測(cè)區(qū)域的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)、最新的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等（圖2）.

6 測(cè)量獲得的初步成果?

GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)均向南西方向移動(dòng).自2009年6月22日至2009年12月16日，各點(diǎn)∑ΔX累計(jì)變形量在-0.004～-0.091 m，∑ΔY累計(jì)變形量在0.004～0.027 m.

以3號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)為例分析變形發(fā)展趨勢(shì)：2009年6月至2009年12月16日呈近勻速緩慢變化趨勢(shì)，從總體趨勢(shì)來(lái)看，各曲線(xiàn)基本呈現(xiàn)直線(xiàn)型，表明滑坡基本處于近勻速變形狀態(tài)（圖3）.

7 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行評(píng)價(jià)

根據(jù)1年多的撫順西露天礦北幫監(jiān)測(cè)工作記錄數(shù)據(jù)整理，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)故障主要發(fā)生在傳輸子系統(tǒng).故障表現(xiàn)形式為數(shù)據(jù)不傳輸或不正確傳輸，主要原因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)信號(hào)不穩(wěn)定造成傳輸中斷所致.

其次，監(jiān)測(cè)站大部分位于廠(chǎng)區(qū)內(nèi)，工廠(chǎng)經(jīng)常檢修設(shè)備，經(jīng)常性的停電使保障體系失效.可見(jiàn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如果在基礎(chǔ)通信系統(tǒng)及供電系統(tǒng)保障完備的條件下，是能夠穩(wěn)定可靠運(yùn)行的.

8 結(jié)束語(yǔ)

撫順西露天礦邊坡變形監(jiān)測(cè)的GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自運(yùn)行以來(lái)，在技術(shù)人員的維護(hù)下，系統(tǒng)運(yùn)行正常，取得上千個(gè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，編制防災(zāi)預(yù)案22個(gè)，發(fā)布實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)90多個(gè)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)信息的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)訪(fǎng)問(wèn)，取得了良好的示范效果.實(shí)踐證明，這一技術(shù)的應(yīng)用提高了地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集的時(shí)效性和預(yù)警工程的準(zhǔn)確性，減輕了監(jiān)測(cè)工作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了災(zāi)害損失.因此將GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)、預(yù)警中是完全可行的，也是比較可靠的.可以預(yù)見(jiàn)，GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)將會(huì)在今后的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中顯示越來(lái)越重要的作用.

［1］王洪德，等.地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)方法研究與示范［M］.北京：中國(guó)大地出版社，2008.

Abstract：The open pit of the Western Opencast Coal Mine in Fushun,Liaoning Province is the largest of its type in Asia.The opencast mining is adjacent to the urban area of Fushun and large enterprises.The long-term and high-intensity mining induced series of geologic disasters.With the practice in slope deformation monitoring for the Western Opencast Mine,the characteristics and construction of GPS real-time monitoring system is summed up.Based on the actual operation status of the system,the feasibility and reliability of the GPS real-time monitoring technology is assessed.

Key words：geological disaster;real-time monitoring system;slope deformation;Western Opencast Coal Mine;Liaoning

APPLICATION OF GPS REAL-TIME MONITORING IN THE SLOPE DEFORMATION CONTROL OF THE WESTERN OPENCAST MINE IN FUSHUN,LIAONING PROVINCE

WANG Cui-po1,CHEN Yue-yue2
（1.Liaoning Geo-environmental Monitoring Station,Shenyang 110032,China;2.Liaoning Institute of Geology and Mineral Resources,Shenyang 110032,China）

1671-1947（2010）02-0180-04

P694

A

2010－01－26；

2010-03-30.張哲編輯.

?北京洽恒公司.撫順市西露天礦監(jiān)測(cè)GPS分技術(shù)報(bào)告.

?北京洽恒公司.撫順市西露天礦監(jiān)測(cè)GPS分析技術(shù)報(bào)告.

王翠珀（1974—），女，碩士，高級(jí)工程師，1997年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）水文地質(zhì)及工程地質(zhì)專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)就職于遼寧省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，通信地址沈陽(yáng)市皇姑區(qū)北陵大街29號(hào)，郵政編碼110032，E-mail//wangcuipo2008@163.com.cn