勞文斌

（廣東省有色金屬地質(zhì)局水文地質(zhì)隊(duì)，廣東 廣州 510800）

我國(guó)對(duì)礦區(qū)變形程度的監(jiān)測(cè)，多使用人工測(cè)量，通過常規(guī)的正、倒垂引張線的方式進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)作業(yè)。人工監(jiān)測(cè)方法雖能完成對(duì)礦區(qū)結(jié)構(gòu)變形程度的計(jì)算，但測(cè)量結(jié)構(gòu)不精準(zhǔn)，且耗費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力，嚴(yán)重限制了我國(guó)礦區(qū)監(jiān)測(cè)作業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展[1]，為此提出工程測(cè)量中礦區(qū)變形監(jiān)測(cè)作用方法的研究。本文通過引入極坐標(biāo)差分法，對(duì)礦區(qū)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的斜距、水平角、天頂距分別進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集的分析，利用觀測(cè)值計(jì)算監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)和位移量，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形斜距進(jìn)行調(diào)整計(jì)算，實(shí)現(xiàn)變形監(jiān)測(cè)方法的設(shè)計(jì)。通過實(shí)驗(yàn)論證分析的方式，確定本文設(shè)計(jì)的引入極坐標(biāo)差分法的變形監(jiān)測(cè)方法的有效性，進(jìn)行對(duì)礦區(qū)結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測(cè)作業(yè)時(shí)，能夠提升測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)性，并且節(jié)省監(jiān)測(cè)費(fèi)用，降低整體成本。

1 礦區(qū)變形監(jiān)測(cè)作業(yè)方法設(shè)計(jì)

礦區(qū)變形監(jiān)測(cè)作業(yè)的意義在于保證礦區(qū)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，因此，引入極坐標(biāo)差分法，對(duì)礦區(qū)內(nèi)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與點(diǎn)位調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦區(qū)的位移情況和變形規(guī)律的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)。

1.1 極坐標(biāo)差分法的引入

在礦區(qū)變形區(qū)域內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的地方建立工作基點(diǎn)，嚴(yán)格按照極坐標(biāo)原理的測(cè)量周期進(jìn)行采集活動(dòng)，對(duì)參考基準(zhǔn)點(diǎn)的斜距、水平角、天頂距分別進(jìn)行采集，將采集到的測(cè)量值與真實(shí)值進(jìn)行對(duì)比[2]，其差異就是受到各種外界因素影響的結(jié)果，包括氣溫、降雨及儀器誤差等。將參考基準(zhǔn)點(diǎn)的差異性加到變形點(diǎn)的觀測(cè)值上，計(jì)算變形點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)。極坐標(biāo)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 極坐標(biāo)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)圖

在變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置儀器架設(shè)點(diǎn)、參考點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)，參考點(diǎn)的選取以變形量為基準(zhǔn)，目標(biāo)點(diǎn)的確定視變形體的變形程度而定。極差坐標(biāo)差分法的引入，就是在監(jiān)測(cè)控制儀內(nèi)設(shè)置觀測(cè)站，通過對(duì)參考點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)的觀測(cè)值進(jìn)行分析，得出變形體的變形程度和趨勢(shì)，采用監(jiān)測(cè)控制儀和計(jì)算機(jī)對(duì)變形點(diǎn)的形變量進(jìn)行選定，再對(duì)參考點(diǎn)和變形點(diǎn)的持續(xù)周期進(jìn)行觀測(cè)比較，得出變形點(diǎn)的三維變量，對(duì)三維變量進(jìn)行穩(wěn)定性分析，得出穩(wěn)定性能較強(qiáng)的數(shù)據(jù)成果。

1.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集

對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行人工觀測(cè)后，建立三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)，坐標(biāo)函數(shù)值的單位越精確，其自動(dòng)觀測(cè)的速度就越快。當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的形變程度累積到最大限度時(shí)，監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)修正三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)。觀測(cè)過程中，選擇離監(jiān)測(cè)點(diǎn)最近的基站作為參考點(diǎn)，將監(jiān)測(cè)控制儀設(shè)置在基站的觀測(cè)臺(tái)上，為了保證觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，技術(shù)人員要在觀測(cè)前，設(shè)置好觀測(cè)點(diǎn)的順序和數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，保證監(jiān)測(cè)控制儀內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)的坐標(biāo)與三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)的坐標(biāo)單位相同，打開開關(guān)后，監(jiān)測(cè)控制儀就會(huì)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行目標(biāo)判斷、精確照準(zhǔn)，并測(cè)量其方位角、天頂距和斜距的變化，并將采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中。由于變形監(jiān)測(cè)作業(yè)受外界條件的影響較大，因此避免在強(qiáng)光下進(jìn)行監(jiān)測(cè)作業(yè)，強(qiáng)光下監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)點(diǎn)離散性大，有時(shí)還不能使監(jiān)測(cè)控制儀準(zhǔn)確獲取目標(biāo)中心。

因此為了提高采集數(shù)據(jù)點(diǎn)的精準(zhǔn)度，選擇氣溫、日照均在合理范圍內(nèi)的時(shí)段進(jìn)行監(jiān)測(cè)作業(yè)[3]，能夠使監(jiān)測(cè)控制儀準(zhǔn)確獲取目標(biāo)中心，對(duì)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確采集。

1.3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的調(diào)整

對(duì)存儲(chǔ)庫(kù)內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的斜距、天頂距和水平角進(jìn)行轉(zhuǎn)存，根據(jù)觀測(cè)值計(jì)算監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)和位移量，將監(jiān)測(cè)點(diǎn)與參考點(diǎn)間的水平距離反算后，得出變形基點(diǎn)和參考基點(diǎn)的斜距。斜距S的函數(shù)表達(dá)式如下：

式中，D2代表水平距離；ΔH2代表高度差。

式中，Si1代表斜距觀測(cè)值。

利用極坐標(biāo)差分法，對(duì)觀測(cè)點(diǎn)的斜距進(jìn)行采集與計(jì)算，結(jié)合采集時(shí)對(duì)變形點(diǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)反饋，對(duì)觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的斜距進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦區(qū)變形點(diǎn)的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

表1 實(shí)驗(yàn)論證結(jié)果對(duì)比

為保證本文設(shè)計(jì)的礦區(qū)變形監(jiān)測(cè)作業(yè)方法的有效性，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證，實(shí)驗(yàn)論證采用相同礦區(qū)的，具有相同變形程度的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)論證實(shí)驗(yàn)。為保證實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，采用傳統(tǒng)變形監(jiān)測(cè)方法，即人工監(jiān)測(cè)法作為實(shí)驗(yàn)論證的對(duì)比。由于對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形程度的測(cè)量，就是對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)斜距的測(cè)量，因此對(duì)兩種方法測(cè)量的變形點(diǎn)的斜距進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，便可分析兩種監(jiān)測(cè)方法的準(zhǔn)確性。其實(shí)驗(yàn)論證結(jié)果如表1所示。

根據(jù)對(duì)表1的分析可知，本文提出的引入極坐標(biāo)差分法的變形監(jiān)測(cè)方法其對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)斜距的測(cè)量更具穩(wěn)定性，其斜距范圍都保持在3～4之間；但傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)法，由于受人工誤差的影響，其斜距測(cè)量范圍在4～7之間，波動(dòng)性較大。因此可以得出結(jié)論，本文提出的引入極坐標(biāo)差分法的變形監(jiān)測(cè)作業(yè)方法，對(duì)礦區(qū)變相點(diǎn)的監(jiān)測(cè)具備有效性，能夠提高監(jiān)測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)性。通過加權(quán)分析，本文提出的引入極坐標(biāo)差分法的變形監(jiān)測(cè)方法能夠提升監(jiān)測(cè)精度的29.68%。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)工程測(cè)量中礦區(qū)變形監(jiān)測(cè)作業(yè)的方法進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，通過引入極坐標(biāo)差分法，對(duì)礦區(qū)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與計(jì)算，根據(jù)數(shù)據(jù)點(diǎn)的變形程度和范圍，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的斜距進(jìn)行調(diào)整計(jì)算，實(shí)現(xiàn)本文設(shè)計(jì)。

實(shí)驗(yàn)論證表明，本文設(shè)計(jì)的引入極坐標(biāo)差分法的變形監(jiān)測(cè)方法具備有效性。希望本文的研究能夠?yàn)榈V區(qū)變形監(jiān)測(cè)的方法提供理論依據(jù)。