李亞玲

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司，陜西華縣714102)

0 引言

金堆城鉬礦是一個(gè)露天開(kāi)采且已經(jīng)歷了50余年開(kāi)采的老礦山。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)需求的不斷增長(zhǎng)，礦山開(kāi)采規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其露天采場(chǎng)已經(jīng)由最初的山坡露天礦轉(zhuǎn)為深凹露天開(kāi)采。目前，整個(gè)露天礦采場(chǎng)邊坡高度已達(dá)100～200 m，北幫、東幫發(fā)生了不同程度的垮塌失穩(wěn)現(xiàn)象。隨著邊坡監(jiān)測(cè)高度的增加，監(jiān)測(cè)范圍的擴(kuò)大及監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量的增多，邊坡監(jiān)測(cè)人員的作業(yè)環(huán)境越來(lái)越差，以往的監(jiān)測(cè)方法已經(jīng)很難滿足對(duì)地質(zhì)災(zāi)害及時(shí)準(zhǔn)確的預(yù)警。全球定位系統(tǒng)(GPS)具有速度快、全天候、自動(dòng)化、可同時(shí)測(cè)定點(diǎn)的三維坐標(biāo)及精度高等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合GIS技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)的全天候無(wú)人采集、自動(dòng)快速傳輸、實(shí)時(shí)結(jié)算處理、監(jiān)測(cè)信息可視化以及短信群發(fā)式預(yù)警，達(dá)到對(duì)邊坡的全天候無(wú)人輔助的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 總體架構(gòu)

系統(tǒng)采用硬、軟件集成的方式來(lái)構(gòu)建，在需要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的典型區(qū)域(包括北幫、東幫、北溝、南幫、馬路溝)分別布設(shè)了總計(jì)40個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)和3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)通過(guò)光纖將獲取的信息傳送回監(jiān)控中心，通過(guò)架設(shè)在監(jiān)控中心的軟件平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、信息存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析。

1.2 技術(shù)路線

采用GPS監(jiān)測(cè)站和參考站連續(xù)、實(shí)時(shí)地獲取GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)光纖傳輸將數(shù)據(jù)傳到管理中心控制室，存儲(chǔ)在 SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)上，利用 ArcEngine開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，在 Visual Studio.net框架平臺(tái)上進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)GPS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，礦區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形量與變形趨勢(shì)的統(tǒng)計(jì)分析，信息的圖形顯示、預(yù)警預(yù)報(bào)、打印輸出等功能。

1.3 硬件功能設(shè)計(jì)

高精度GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)主要由兩部分組成:

(1)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)終端。包括GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由GPS接收機(jī)、GPS天線和電源組成，在非變形區(qū)建設(shè)3個(gè)連續(xù)觀測(cè)的GPS定位參考站，在變形區(qū)根據(jù)地質(zhì)條件建立監(jiān)測(cè)站;數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，采用光纖通訊技術(shù)將各監(jiān)測(cè)點(diǎn)和參考站采集到的GPS原始觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到數(shù)據(jù)處理中心。

(2)監(jiān)控中心。對(duì)發(fā)送回來(lái)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、分析、存儲(chǔ)、顯示、輸出，根據(jù)計(jì)算結(jié)果實(shí)時(shí)監(jiān)控變形區(qū)域，并對(duì)特殊情況進(jìn)行及時(shí)報(bào)警和響應(yīng)。

1.4 軟件功能的設(shè)計(jì)

本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件部分主要是以接收到的GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)計(jì)算、分析，做出顯示和預(yù)測(cè)。因此從功能上將監(jiān)測(cè)軟件分為通信管理設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊和可視化模塊4個(gè)部分。

1.5 用戶界面設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用Windows的通用界面模式，利用下拉列表框供用戶選擇相關(guān)參數(shù)，減少用戶輸入?yún)?shù)的麻煩，使界面操作便捷，更加人性化。

2 系統(tǒng)功能模塊的設(shè)計(jì)

2.1 信息管理

信息管理功能包括了對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)和滑坡體的相關(guān)信息的編輯(包括增加、刪除、修改)，系統(tǒng)報(bào)警功能的相關(guān)人員設(shè)置，以及每天的天氣狀況設(shè)置。其中，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和滑坡體的信息修改又包括了空間信息和屬性信息兩方面。天氣設(shè)置中，可以對(duì)輸入天氣對(duì)話框的提示時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，也可以對(duì)歷史時(shí)間進(jìn)行查詢和修改。

2.2 視圖操作

視圖操作包括了對(duì)系統(tǒng)的二維和三維地圖進(jìn)行操作，其中，二維地圖包括對(duì)平面地圖的放大、縮小、平移、全圖、點(diǎn)選的操作;三維地圖包括對(duì)遙感地圖和渲染地圖的瀏覽和飛行功能。

2.3 監(jiān)測(cè)分析

主要是對(duì)礦區(qū)內(nèi)布設(shè)的滑坡體和監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)24小時(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、處理和分析，提供對(duì)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的曲線圖顯示，直觀地表明監(jiān)測(cè)區(qū)域的位移情況。其中，對(duì)滑坡體的位移監(jiān)測(cè)主要是對(duì)滑坡體內(nèi)包含的所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的綜合。

2.4 位移報(bào)警

主要是在日常的監(jiān)測(cè)中通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算后對(duì)比預(yù)設(shè)的報(bào)警閥值，對(duì)超出閥值的情況以短信、郵件和客戶端界面通知的方式報(bào)備相關(guān)部門(mén)負(fù)責(zé)人，以便應(yīng)急調(diào)度。

2.5 設(shè)備報(bào)警

通過(guò)監(jiān)測(cè)設(shè)備傳回來(lái)的數(shù)據(jù)時(shí)間，判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如果一定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)，就會(huì)自動(dòng)生成設(shè)備報(bào)警信息對(duì)指定用戶進(jìn)行發(fā)送。

2.6 預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)

包括點(diǎn)位移預(yù)測(cè)和滑坡體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。點(diǎn)位移預(yù)測(cè)是根據(jù)選定最近的一個(gè)周期內(nèi)的數(shù)據(jù)，通過(guò)灰度模型對(duì)下一時(shí)刻監(jiān)測(cè)的的位移狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)?；麦w穩(wěn)定性評(píng)價(jià)是根據(jù)當(dāng)前選定的滑坡體中所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最近一個(gè)周期的數(shù)據(jù)，結(jié)合天氣狀況，自動(dòng)選擇不同的凝聚力參數(shù)和內(nèi)摩擦角參數(shù)對(duì)當(dāng)前滑坡體的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.7 監(jiān)測(cè)報(bào)告

監(jiān)測(cè)報(bào)告是整合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖表形成word格式的報(bào)告文檔，提供對(duì)歷史和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的報(bào)告查看。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

圖1 報(bào)警監(jiān)測(cè)點(diǎn)的地圖定位

在此點(diǎn)上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，彈出監(jiān)測(cè)信息選項(xiàng)單:圖選“實(shí)時(shí)信息”，可以自動(dòng)切換到實(shí)時(shí)曲線的界面，選擇“歷史曲線”會(huì)切換到歷史曲線的界面，如圖2為報(bào)警監(jiān)測(cè)點(diǎn)2013年7～8月份的歷史曲線圖。

如果BB02頻繁發(fā)生報(bào)警，可以根據(jù)不同點(diǎn)的特殊情況來(lái)設(shè)置不同的閥值，選擇“位移報(bào)警”中的“位移報(bào)警等級(jí)”進(jìn)行X、Y、Z閥值修改。同時(shí)，監(jiān)測(cè)人員可以通過(guò)菜單“位移報(bào)警”中的“報(bào)警方式”選擇所需要的報(bào)警方式。

圖2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的歷史曲線圖

系統(tǒng)的預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)功能，可以根據(jù)前期數(shù)據(jù)對(duì)未來(lái)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移方向進(jìn)行預(yù)測(cè)，也可以對(duì)滑坡體的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)菜單“預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)”中“點(diǎn)位移預(yù)測(cè)”，選擇BB02監(jiān)測(cè)點(diǎn)，根據(jù)歷史曲線，預(yù)測(cè)BB02下一時(shí)段的偏移方向。如下圖3所示。

圖3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)預(yù)測(cè)曲線圖

監(jiān)測(cè)報(bào)告的生成，服務(wù)器會(huì)在每個(gè)月的月初對(duì)上個(gè)月的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)做出報(bào)告，用戶可以通過(guò)界面查看。同時(shí)，用戶也可以自定義報(bào)告，進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的查看，包括報(bào)警統(tǒng)計(jì)信息、歷史曲線信息、位移預(yù)警信息、滑坡體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)信息等。

4 結(jié)論

目前，隨著GPS測(cè)量技術(shù)的不斷完善和測(cè)量精度的不斷提高，以及GPS不受氣候及晝夜影響的優(yōu)勢(shì)，GPS在變形監(jiān)測(cè)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)一年多的研發(fā)，在金堆城露天礦建成了5個(gè)滑坡體、40個(gè)GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)，3個(gè)GPS基準(zhǔn)站的位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)近半年時(shí)間的實(shí)際應(yīng)用，該軟件平臺(tái)具有實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、易操作性。為露天礦的邊坡監(jiān)測(cè)提供了可視化支持，并能實(shí)時(shí)對(duì)潛在的變形風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)報(bào)，為金堆城露天礦的邊坡變形的研究和治理提供輔助化決策支持。

［1］薛永安.GPS變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理方法研究與軟件研究［D］.太原理工大學(xué)，2006.

［2］俞得響 鄒雙朝.GPS技術(shù)在滑坡變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用［J］.地理空間信息，2009，(1):55-58.

［3］吳建華.，基于 ArcGIS Engine的 GIS軟件開(kāi)發(fā)方法［J］.測(cè)繪通報(bào)，2010，(11):54-57.