GPS技術在礦山變形監測中的應用研討

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，會使其產生嚴重的變形。所以為了確保施工作業安全，必須對其進行嚴密的監測。GPS 技術具有探測精度高、全天候運行等優勢，能夠滿足礦山變形監測的需要，且能夠逐步實現監測的自動化運行，已成為應用于礦山變形監測的一種有效手段。本文通過對GPS 技術原理及特點的分析，深入探討了GPS技術在礦山變形監測中的應用。

關鍵詞：GPS技術；礦山變形監測；應用

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

1 引 言

近年來，我國經濟獲得了飛速的發展，這離不開對大量礦產資源的消耗。為此，需要進行大面積的礦山開采，這一方面為國民經濟的發展創造了重要的物質基礎；但另一方面，也難以避免地對周邊的自然生態環境構成了一定的影響，特別是在某些地區存在著過度開發的現象，對礦山環境造成了嚴重的破壞且容易引發各種地質災害，比如土地資源的流失、地表的變形、環境的污染等，其中因礦山變形而誘發的滑坡、泥石流等會對周圍人民群眾的生命財產安全造成極為嚴重的威脅。

通過對礦山變形的監測，可準取評估由其引發地質災害的相關規律，并對可能出現的災害事故給出及時的預警，從而能夠指導有關部門提前做好預防措施，盡可能地減輕人員、財產等的損失。當前來說，常用的監測方法主要是定期對礦區進行探測，并利用得到的各項數據進行分析。監測周期的選擇一般是依據當地的變形趨勢、劇烈程度來決定；監測方法則更多的是選用全站儀、水準儀等。但傳統方法在應用中表現出如下不足：（1）要求監測工作人員直接到達監測點，存在較大的危險性，而且還會對礦區生產造成一定的影響；（2）監測過程存在間斷，有可能會有所疏漏；（3）對數據的處理與分析不及時。

為解決上述問題，可應用 GPS技術實施監測，并充分利用通信技術、數據分析技術等，從而實現高效、實時的礦山變形監測。本文就GPS技術在礦山變形監測中的應用展開研究。

2 GPS技術概述

2.1 GPS技術的原理

GPS最初是應用于軍事領域的一種定位技術，后來隨著技術的逐漸成熟開始應用到民用領域。其原理是利用無線電導航實施精確定位，可以為用戶提供極為精確的位置坐標等。各探測站點所獲得的監測資料、數據，通過主控站匯集之后發送至GPS衛星，再經過相應的計算分析來實現靜態定位。在實際運行過程中，可利用線性方式，以載波相位的探測值，作為兩個不同地點之間的坐標差。GPS監測是一個綜合性的系統，主要包括了GPS衛星、地面監控、GPS信號接收機等多個部分。其中，GPS衛星負責的是導航信號的實時發送，地面監控負責的是對衛星時間的監測，而GPS信號接收機則用于對得到的信號進行處理，從而獲得相應的位置、時間等。

2.2 GPS技術的特點

GPS技術的定位準確度非常高，在方位上的誤差低于1 mm。隨著技術的更新換代以及系統的不斷完善，可進一步縮減探測的時間，一次探測過程常常在幾秒鐘內即可完成。在進行探測時，只需測站上空開闊即可，而無需測站之間互相通視，在一定程度上節省了造標的成本。應用多種不同的檢測方法，不但可獲得三維坐標，還能夠實現準確測定。系統的自動化水平越來越高，操作方便、節省人力，可大大降低作業人員的工作強度。不會受到氣候變化的影響，可用于全天候不間斷作業，有利于野外測量工作的開展，同時能夠得到更多的檢測數據。數據信息傳輸速度快，能夠實現信息的即時發布，從而提高了監測系統的運行效率。應用范圍較廣，在礦山變形、地質滑坡、裂縫等監測中都可以獲得應用。

3 GPS技術在礦山變形監測中的應用

隨著GPS技術的發展，其顯現出越來越多的應用優勢，在監測領域獲得了極為廣泛的應用，并成長為一種極為重要的監測手段。而隨著經濟社會的發展，對于礦山變形監測的要求也是不斷提高。不但要在傳統方面進行拓展與創新，還要對監測體系及其模式進行更為深入的研究，以更好的滿足礦產開采的需要。GPS技術在礦山變形監測中的應用，在技術上日益成熟，結合最新的計算機技術、通信技術，能夠更加及時、準確的獲取監測信息，并對得到的各項數據進行更加科學的分析，進而促進了礦山變形監測技術的發展，在礦山的生產過程中起到了越來越重要的作用。同時，通過對資源、空間、環境等數據信息的獲取，不但有助于更好的進行礦產開發，更為實現自然生態環境的保護提供了重要的參考。

GPS技術在礦山變形監測中的應用主要由以下幾個部分組成：

3.1 數據采集

主要包括了 GPS 參考站、變形監測站。前者起到的是基準點的作用，后者則設置于變形點上，對變形情況進行監測。

GPS 參考站的確定原則為：（1）周邊地質條件良好，較為穩定。（2）滿足 GPS 探測條件，不存在明顯的干擾效應。（3）在條件允許的情況下，盡可能選擇經應用實踐、穩定性好的原基準點，因為這些點都經過前期勘探，且建有觀測墩，可進行穩定分析。

變形監測站的確定原則為：（1）能較為準確的反映礦山變形特征。（2）變形關鍵點設置為持續運行的探測站。（3）適用于 GPS 探測。

3.2 數據通信

主要采用的是有線與無線傳輸相結合的通信模式，當地的移動信號穩定時，可直接應用移動通信模式進行信息傳輸；當地無移動通信服務或信號不穩定時，可以在搭建有線和無線通信兩種模式中進行選擇。

3.3 數據處理

主要由以下部分構成：處理設備、顯示設備、通信設備等。數據處理的最重要功能在于對獲取到的GPS 數據信息進行處理與分析，從中提煉出關鍵性的有用信息，對礦山變形情況進行實時監測，并對未來一段時間的變化趨勢進行預估，給有關部門制定生產計劃以及應對地質災害提供參考，從而盡可能的避免因變形引起的各類地質災害事故。

3.4 監測預警

主要用于對數據處理環節得到的結果進行再分析，獲得礦山變形的位移量等參數，并利用相關測繪工具繪制出變形曲線等；結合當地地質資料以及自然環境的變化規律，對礦山變形情況進行評價；依據提前設置的預警方案發出預警信息。

4 GPS 監測的主要功能及特點

4.1 GPS 監測的主要功能

（1）實時監測。GPS技術的應用有著極高的實時性，實現了對礦山變形情況的實時監控，在不間斷監測方面也能夠完全滿足對相關數據的要求。

（2）高精度監測。通過采用高定位精度的 GPS技術，對于變形情況的探測能夠達到毫米數量級，精確度非常高，得到的數據極為準確。

（3）自動化監測。隨著計算機技術的飛速發展，將其與GPS技術有機的結合起來，可實現自動化監測。將監測站得到的各項數據傳送到控制中心，數據的處理、分析、預警等多個過程可實現自動化運行。

（4）全天候作業。GPS監測受到自然天氣變化的影響極小，可以實現全天候的持續運轉，有效的避免了測量疏漏的發生，保障了礦區的正常生產以及安全生產。

4.2 GPS 監測的主要特點

（1）因為對變形信息的連續不間斷采集，獲取的數據量非常龐大。

（2）探測準確度高，應用算法先進，能夠達到極高的數據精度。

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

（4）傳輸速度快，實現信息的即時發布，從而在必要的情況下能夠迅速發出預警信息。

（5）應用范圍較廣，無論是礦山變形還是地質滑坡、裂縫等都可以應用。

通過上述分析可知，GPS技術的應用為礦山變形監測提供了一種安全可靠的手段，為礦區變形監測的自動化與實時化提供了技術上的支持。隨著GPS 技術的進一步發展，以及數據處理、通信傳輸、智能監測等技術的不斷改進，GPS 監測可以對礦山進行更加高效、精準的動態監測，可以充分掌握由礦山變形引發的地質災害規律，并對可能出現的地質災害做出提前預警，指導有關部門對可能出現的地質災害做好防控措施，為礦山生產的規劃和發展提供重要參考，對推動礦山生產的長期可持續發展也將起到關鍵性的作用。

5 結語

與以往的變形探測技術相比，GPS 技術的準確度更高，且能夠實現全天候、自動化的運行，在礦山變形監測中獲得了廣泛的應用，有著極高的應用價值。通過GPS 定位，能夠獲得準確的三維信息，迅速測得目標區域的變形值，為礦山生產的正常運行以及地質災害的及時預警提供重要的參考。但是，在當前的礦山監測中，GPS技術的應用雖然有著諸多優勢，但同時也受到了許多干擾因素的影響，使得測量數據存在著一定的誤差。當然，只要嚴格遵照監測流程操作，現有的GPS技術是完全滿足礦山變形監測需要的。為盡可能的減小誤差，提高測量準確度，可以將GPS技術與其他監測技術結合起來使用，進而更好的發揮GPS的技術優勢。

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