張昆明

摘 要：在礦山開采過程中，由于受到自然、人為等因素的影響，會使其產(chǎn)生嚴(yán)重的變形。所以為了確保施工作業(yè)安全，必須對其進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)測。GPS 技術(shù)具有探測精度高、全天候運(yùn)行等優(yōu)勢，能夠滿足礦山變形監(jiān)測的需要，且能夠逐步實(shí)現(xiàn)監(jiān)測的自動化運(yùn)行，已成為應(yīng)用于礦山變形監(jiān)測的一種有效手段。本文通過對GPS 技術(shù)原理及特點(diǎn)的分析，深入探討了GPS技術(shù)在礦山變形監(jiān)測中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù)；礦山變形監(jiān)測；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.09.067

1 引 言

近年來，我國經(jīng)濟(jì)獲得了飛速的發(fā)展，這離不開對大量礦產(chǎn)資源的消耗。為此，需要進(jìn)行大面積的礦山開采，這一方面為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展創(chuàng)造了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)；但另一方面，也難以避免地對周邊的自然生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了一定的影響，特別是在某些地區(qū)存在著過度開發(fā)的現(xiàn)象，對礦山環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞且容易引發(fā)各種地質(zhì)災(zāi)害，比如土地資源的流失、地表的變形、環(huán)境的污染等，其中因礦山變形而誘發(fā)的滑坡、泥石流等會對周圍人民群眾的生命財產(chǎn)安全造成極為嚴(yán)重的威脅。

通過對礦山變形的監(jiān)測，可準(zhǔn)取評估由其引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的相關(guān)規(guī)律，并對可能出現(xiàn)的災(zāi)害事故給出及時的預(yù)警，從而能夠指導(dǎo)有關(guān)部門提前做好預(yù)防措施，盡可能地減輕人員、財產(chǎn)等的損失。當(dāng)前來說，常用的監(jiān)測方法主要是定期對礦區(qū)進(jìn)行探測，并利用得到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。監(jiān)測周期的選擇一般是依據(jù)當(dāng)?shù)氐淖冃乌厔?、劇烈程度來決定；監(jiān)測方法則更多的是選用全站儀、水準(zhǔn)儀等。但傳統(tǒng)方法在應(yīng)用中表現(xiàn)出如下不足：（1）要求監(jiān)測工作人員直接到達(dá)監(jiān)測點(diǎn)，存在較大的危險性，而且還會對礦區(qū)生產(chǎn)造成一定的影響；（2）監(jiān)測過程存在間斷，有可能會有所疏漏；（3）對數(shù)據(jù)的處理與分析不及時。

為解決上述問題，可應(yīng)用 GPS技術(shù)實(shí)施監(jiān)測，并充分利用通信技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)等，從而實(shí)現(xiàn)高效、實(shí)時的礦山變形監(jiān)測。本文就GPS技術(shù)在礦山變形監(jiān)測中的應(yīng)用展開研究。

2 GPS技術(shù)概述

2.1 GPS技術(shù)的原理

GPS最初是應(yīng)用于軍事領(lǐng)域的一種定位技術(shù)，后來隨著技術(shù)的逐漸成熟開始應(yīng)用到民用領(lǐng)域。其原理是利用無線電導(dǎo)航實(shí)施精確定位，可以為用戶提供極為精確的位置坐標(biāo)等。各探測站點(diǎn)所獲得的監(jiān)測資料、數(shù)據(jù)，通過主控站匯集之后發(fā)送至GPS衛(wèi)星，再經(jīng)過相應(yīng)的計算分析來實(shí)現(xiàn)靜態(tài)定位。在實(shí)際運(yùn)行過程中，可利用線性方式，以載波相位的探測值，作為兩個不同地點(diǎn)之間的坐標(biāo)差。GPS監(jiān)測是一個綜合性的系統(tǒng)，主要包括了GPS衛(wèi)星、地面監(jiān)控、GPS信號接收機(jī)等多個部分。其中，GPS衛(wèi)星負(fù)責(zé)的是導(dǎo)航信號的實(shí)時發(fā)送，地面監(jiān)控負(fù)責(zé)的是對衛(wèi)星時間的監(jiān)測，而GPS信號接收機(jī)則用于對得到的信號進(jìn)行處理，從而獲得相應(yīng)的位置、時間等。

2.2 GPS技術(shù)的特點(diǎn)

GPS技術(shù)的定位準(zhǔn)確度非常高，在方位上的誤差低于1 mm。隨著技術(shù)的更新?lián)Q代以及系統(tǒng)的不斷完善，可進(jìn)一步縮減探測的時間，一次探測過程常常在幾秒鐘內(nèi)即可完成。在進(jìn)行探測時，只需測站上空開闊即可，而無需測站之間互相通視，在一定程度上節(jié)省了造標(biāo)的成本。應(yīng)用多種不同的檢測方法，不但可獲得三維坐標(biāo)，還能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確測定。系統(tǒng)的自動化水平越來越高，操作方便、節(jié)省人力，可大大降低作業(yè)人員的工作強(qiáng)度。不會受到氣候變化的影響，可用于全天候不間斷作業(yè)，有利于野外測量工作的開展，同時能夠得到更多的檢測數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)信息傳輸速度快，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的即時發(fā)布，從而提高了監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行效率。應(yīng)用范圍較廣，在礦山變形、地質(zhì)滑坡、裂縫等監(jiān)測中都可以獲得應(yīng)用。

3 GPS技術(shù)在礦山變形監(jiān)測中的應(yīng)用

隨著GPS技術(shù)的發(fā)展，其顯現(xiàn)出越來越多的應(yīng)用優(yōu)勢，在監(jiān)測領(lǐng)域獲得了極為廣泛的應(yīng)用，并成長為一種極為重要的監(jiān)測手段。而隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，對于礦山變形監(jiān)測的要求也是不斷提高。不但要在傳統(tǒng)方面進(jìn)行拓展與創(chuàng)新，還要對監(jiān)測體系及其模式進(jìn)行更為深入的研究，以更好的滿足礦產(chǎn)開采的需要。GPS技術(shù)在礦山變形監(jiān)測中的應(yīng)用，在技術(shù)上日益成熟，結(jié)合最新的計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)，能夠更加及時、準(zhǔn)確的獲取監(jiān)測信息，并對得到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行更加科學(xué)的分析，進(jìn)而促進(jìn)了礦山變形監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，在礦山的生產(chǎn)過程中起到了越來越重要的作用。同時，通過對資源、空間、環(huán)境等數(shù)據(jù)信息的獲取，不但有助于更好的進(jìn)行礦產(chǎn)開發(fā)，更為實(shí)現(xiàn)自然生態(tài)環(huán)境的保護(hù)提供了重要的參考。

GPS技術(shù)在礦山變形監(jiān)測中的應(yīng)用主要由以下幾個部分組成：

3.1 數(shù)據(jù)采集

主要包括了 GPS 參考站、變形監(jiān)測站。前者起到的是基準(zhǔn)點(diǎn)的作用，后者則設(shè)置于變形點(diǎn)上，對變形情況進(jìn)行監(jiān)測。

GPS 參考站的確定原則為：（1）周邊地質(zhì)條件良好，較為穩(wěn)定。（2）滿足 GPS 探測條件，不存在明顯的干擾效應(yīng)。（3）在條件允許的情況下，盡可能選擇經(jīng)應(yīng)用實(shí)踐、穩(wěn)定性好的原基準(zhǔn)點(diǎn)，因?yàn)檫@些點(diǎn)都經(jīng)過前期勘探，且建有觀測墩，可進(jìn)行穩(wěn)定分析。

變形監(jiān)測站的確定原則為：（1）能較為準(zhǔn)確的反映礦山變形特征。（2）變形關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)置為持續(xù)運(yùn)行的探測站。（3）適用于 GPS 探測。

3.2 數(shù)據(jù)通信

主要采用的是有線與無線傳輸相結(jié)合的通信模式，當(dāng)?shù)氐囊苿有盘柗€(wěn)定時，可直接應(yīng)用移動通信模式進(jìn)行信息傳輸；當(dāng)?shù)責(zé)o移動通信服務(wù)或信號不穩(wěn)定時，可以在搭建有線和無線通信兩種模式中進(jìn)行選擇。

3.3 數(shù)據(jù)處理

主要由以下部分構(gòu)成：處理設(shè)備、顯示設(shè)備、通信設(shè)備等。數(shù)據(jù)處理的最重要功能在于對獲取到的GPS 數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理與分析，從中提煉出關(guān)鍵性的有用信息，對礦山變形情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并對未來一段時間的變化趨勢進(jìn)行預(yù)估，給有關(guān)部門制定生產(chǎn)計劃以及應(yīng)對地質(zhì)災(zāi)害提供參考，從而盡可能的避免因變形引起的各類地質(zhì)災(zāi)害事故。

3.4 監(jiān)測預(yù)警

主要用于對數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)得到的結(jié)果進(jìn)行再分析，獲得礦山變形的位移量等參數(shù)，并利用相關(guān)測繪工具繪制出變形曲線等；結(jié)合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)資料以及自然環(huán)境的變化規(guī)律，對礦山變形情況進(jìn)行評價；依據(jù)提前設(shè)置的預(yù)警方案發(fā)出預(yù)警信息。

4 GPS 監(jiān)測的主要功能及特點(diǎn)

4.1 GPS 監(jiān)測的主要功能

（1）實(shí)時監(jiān)測。GPS技術(shù)的應(yīng)用有著極高的實(shí)時性，實(shí)現(xiàn)了對礦山變形情況的實(shí)時監(jiān)控，在不間斷監(jiān)測方面也能夠完全滿足對相關(guān)數(shù)據(jù)的要求。

（2）高精度監(jiān)測。通過采用高定位精度的 GPS技術(shù)，對于變形情況的探測能夠達(dá)到毫米數(shù)量級，精確度非常高，得到的數(shù)據(jù)極為準(zhǔn)確。

（3）自動化監(jiān)測。隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，將其與GPS技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來，可實(shí)現(xiàn)自動化監(jiān)測。將監(jiān)測站得到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)傳送到控制中心，數(shù)據(jù)的處理、分析、預(yù)警等多個過程可實(shí)現(xiàn)自動化運(yùn)行。

（4）全天候作業(yè)。GPS監(jiān)測受到自然天氣變化的影響極小，可以實(shí)現(xiàn)全天候的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，有效的避免了測量疏漏的發(fā)生，保障了礦區(qū)的正常生產(chǎn)以及安全生產(chǎn)。

4.2 GPS 監(jiān)測的主要特點(diǎn)

（1）因?yàn)閷ψ冃涡畔⒌倪B續(xù)不間斷采集，獲取的數(shù)據(jù)量非常龐大。

（2）探測準(zhǔn)確度高，應(yīng)用算法先進(jìn)，能夠達(dá)到極高的數(shù)據(jù)精度。

（3）報告充分，能夠得到礦山變形的位移、速率等各項(xiàng)參數(shù)，以及變形曲線圖、變形分布圖等等。

（4）傳輸速度快，實(shí)現(xiàn)信息的即時發(fā)布，從而在必要的情況下能夠迅速發(fā)出預(yù)警信息。

（5）應(yīng)用范圍較廣，無論是礦山變形還是地質(zhì)滑坡、裂縫等都可以應(yīng)用。

通過上述分析可知，GPS技術(shù)的應(yīng)用為礦山變形監(jiān)測提供了一種安全可靠的手段，為礦區(qū)變形監(jiān)測的自動化與實(shí)時化提供了技術(shù)上的支持。隨著GPS 技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，以及數(shù)據(jù)處理、通信傳輸、智能監(jiān)測等技術(shù)的不斷改進(jìn)，GPS 監(jiān)測可以對礦山進(jìn)行更加高效、精準(zhǔn)的動態(tài)監(jiān)測，可以充分掌握由礦山變形引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害規(guī)律，并對可能出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害做出提前預(yù)警，指導(dǎo)有關(guān)部門對可能出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害做好防控措施，為礦山生產(chǎn)的規(guī)劃和發(fā)展提供重要參考，對推動礦山生產(chǎn)的長期可持續(xù)發(fā)展也將起到關(guān)鍵性的作用。

5 結(jié)語

與以往的變形探測技術(shù)相比，GPS 技術(shù)的準(zhǔn)確度更高，且能夠?qū)崿F(xiàn)全天候、自動化的運(yùn)行，在礦山變形監(jiān)測中獲得了廣泛的應(yīng)用，有著極高的應(yīng)用價值。通過GPS 定位，能夠獲得準(zhǔn)確的三維信息，迅速測得目標(biāo)區(qū)域的變形值，為礦山生產(chǎn)的正常運(yùn)行以及地質(zhì)災(zāi)害的及時預(yù)警提供重要的參考。但是，在當(dāng)前的礦山監(jiān)測中，GPS技術(shù)的應(yīng)用雖然有著諸多優(yōu)勢，但同時也受到了許多干擾因素的影響，使得測量數(shù)據(jù)存在著一定的誤差。當(dāng)然，只要嚴(yán)格遵照監(jiān)測流程操作，現(xiàn)有的GPS技術(shù)是完全滿足礦山變形監(jiān)測需要的。為盡可能的減小誤差，提高測量準(zhǔn)確度，可以將GPS技術(shù)與其他監(jiān)測技術(shù)結(jié)合起來使用，進(jìn)而更好的發(fā)揮GPS的技術(shù)優(yōu)勢。

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