礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)方法與自動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用

何勝?gòu)?qiáng)

摘要：礦山地質(zhì)災(zāi)害對(duì)礦山開(kāi)采有著直接作用，這不僅威脅工作人員生命安全，對(duì)礦山企業(yè)發(fā)展也會(huì)造成一定損傷，采用合理的監(jiān)測(cè)方法能夠保證礦山地質(zhì)災(zāi)害防治的合理性。文章通過(guò)對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，探討自動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)在礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：礦山地質(zhì);地質(zhì)災(zāi)害;災(zāi)害監(jiān)測(cè);預(yù)警系統(tǒng)

引言

我國(guó)礦產(chǎn)資源十分豐富，采礦業(yè)在我國(guó)歷史悠久，特別是近20年來(lái)，礦業(yè)開(kāi)發(fā)程度不斷加大，采礦活動(dòng)引起的礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題逐漸展現(xiàn)出來(lái)，主要有礦山地質(zhì)災(zāi)害、含水層破壞、地形地貌景觀破壞和水土污染等，其中礦山地質(zhì)災(zāi)害最為普遍和突出。礦山地質(zhì)災(zāi)害一旦發(fā)生，不僅會(huì)直接影響到礦山地質(zhì)環(huán)境，而且會(huì)對(duì)生命安全造成嚴(yán)重威脅。因此，礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警的重要性也突顯出來(lái)。我國(guó)地質(zhì)工作者對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)進(jìn)行了許多的研究，制定了礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范，開(kāi)展了礦山地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)和演化過(guò)程研究，提出了礦山地質(zhì)環(huán)境治理模式和技術(shù)方法。本文對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行了介紹，提出了建立依托地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)的自動(dòng)、高效、及時(shí)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化全時(shí)監(jiān)測(cè)和監(jiān)測(cè)預(yù)警，達(dá)到地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警的目的。

一、地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方法

以往的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)，通常是以人工或半自動(dòng)的監(jiān)測(cè)為主，但是范圍較大時(shí)，往往常規(guī)的監(jiān)測(cè)方法就無(wú)法滿(mǎn)足。在諸多新興自動(dòng)化監(jiān)測(cè)體系中，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）應(yīng)用最為廣泛。通過(guò)在一定區(qū)域范圍內(nèi)布設(shè)多種傳感器，建立基于無(wú)線通信協(xié)議的一種自組織、動(dòng)態(tài)變化的局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，不僅能夠接收傳感器采集的數(shù)據(jù)，且能進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)融合處理，再通過(guò)連接遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸至監(jiān)測(cè)中心的服務(wù)器。地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常是在充分現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、綜合分析的基礎(chǔ)上，部署一系列的傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其變形狀況與誘發(fā)因素，如地表位移、巖土含水率等，再利用匯聚節(jié)點(diǎn)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)存儲(chǔ)或處理，最后通過(guò)建立WSN與外部遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)的連接，實(shí)現(xiàn)多源采集的信息以集中方式進(jìn)行批量傳輸，主要包括地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)集成與分析系統(tǒng)，以及預(yù)警信息發(fā)布與管理系統(tǒng)。

二、礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

礦山地質(zhì)災(zāi)害主要類(lèi)型有滑坡、崩塌、泥石流、采空塌陷、不穩(wěn)定斜坡等[2]。針對(duì)不同的地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型，礦山在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中可采取不同的監(jiān)測(cè)方法。在礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)和土地復(fù)墾方案中，一般設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)方法有：雨量觀測(cè)、裂縫測(cè)量監(jiān)測(cè)、變形測(cè)量監(jiān)測(cè)、深層側(cè)向位移監(jiān)測(cè)、GPS測(cè)量監(jiān)測(cè)等，測(cè)量?jī)x器一般為全站儀、經(jīng)緯儀、GPS、測(cè)距儀、裂縫計(jì)、地應(yīng)力計(jì)等。在實(shí)際應(yīng)用中常受到通信條件、地形、天氣等限制，部分儀器專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)難以操作，監(jiān)測(cè)間隔時(shí)間較長(zhǎng)且不連續(xù)，加密監(jiān)測(cè)頻率則使得外業(yè)工作量大，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)經(jīng)費(fèi)投入較大，最終形成礦山企業(yè)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)工作落實(shí)情況較差和監(jiān)測(cè)效果較差的局面。隨著科學(xué)技術(shù)水平的逐漸提高，監(jiān)測(cè)設(shè)備也越來(lái)越智能化。周密、喻小等運(yùn)用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）技術(shù)對(duì)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中取得了良好效果;楊乾坤、杜建濤等用合成孔徑雷達(dá)干涉（InSAR）技術(shù)運(yùn)用于地面塌陷測(cè)量和監(jiān)測(cè)，對(duì)其測(cè)量精度和監(jiān)測(cè)效果進(jìn)行了論證。此外，陳蒙等在綠色礦山建設(shè)中的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用中采用了無(wú)人機(jī)、人工智能、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算手段。因此越來(lái)越多的高新技術(shù)也應(yīng)用到地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)和預(yù)警中來(lái)，為礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)提供了更多有效的方法。

三、礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)方法與自動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用

（一）智能化監(jiān)測(cè)設(shè)備

在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，智能化監(jiān)測(cè)設(shè)備的應(yīng)用顯得尤為重要，能夠?qū)?zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取，這其中涉及的內(nèi)容有地面以及坡體監(jiān)測(cè)設(shè)備、雨量和水位精密監(jiān)測(cè)設(shè)備等。實(shí)際智能化監(jiān)測(cè)設(shè)備的應(yīng)用，應(yīng)滿(mǎn)足以下幾方面需求。第一，很多地質(zhì)災(zāi)害出現(xiàn)位置集中在偏遠(yuǎn)地區(qū)，位置偏僻，供電不便，監(jiān)測(cè)設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)需自己為自己提供電能。第二，由于不同變形地段中的隱患點(diǎn)存在差異性，為此，工作人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，確定最佳的監(jiān)測(cè)采樣頻率，這也是維護(hù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)完整性的根本所在。但從實(shí)際實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程中能夠看出，上述內(nèi)容還需要得到有效改進(jìn)。例如，在地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)需求明確上，如果隱患點(diǎn)前期變形較小，并不需要采用過(guò)高的采樣頻率，否則冗余數(shù)據(jù)將會(huì)大幅增加。在后續(xù)工作之中，還會(huì)涉及高頻采樣，以此獲取加速變形階段的數(shù)據(jù)可靠性情況。截至目前，最為常見(jiàn)的監(jiān)測(cè)設(shè)備中監(jiān)測(cè)頻率以人工設(shè)計(jì)為主，不能做到根據(jù)災(zāi)害點(diǎn)變化情況調(diào)節(jié)采樣頻率，一旦出現(xiàn)突發(fā)情況，便會(huì)導(dǎo)致預(yù)警信息漏報(bào)問(wèn)題。所以說(shuō)，在具體設(shè)備監(jiān)測(cè)時(shí)，工作人員需要維護(hù)采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，如果原始數(shù)據(jù)無(wú)法將隱患點(diǎn)實(shí)際變化規(guī)律呈現(xiàn)出來(lái)，需要進(jìn)行預(yù)處理操作。目前監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理，主要以第三方軟件應(yīng)用為主，設(shè)備自身處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的能力十分有限。如果原始數(shù)據(jù)過(guò)多，數(shù)據(jù)發(fā)送壓力也會(huì)大幅度提升，例如原始次聲監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)量一般要比處理過(guò)濾后的數(shù)量多出10倍以上，很多偏遠(yuǎn)地區(qū)信號(hào)質(zhì)量較差，讓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)壓縮和發(fā)送受到影響。因此，做好對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效分析和過(guò)濾，是該類(lèi)設(shè)備未來(lái)主要的發(fā)展方向。

（二）地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)需考慮與業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互，與應(yīng)急、消防、氣象、水利等部門(mén)的業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和交換，并可分層級(jí)擴(kuò)展在市級(jí)單位部署下級(jí)平臺(tái)，或是通過(guò)互聯(lián)方式與市級(jí)平臺(tái)進(jìn)行對(duì)接，整合形成全省范圍的地質(zhì)災(zāi)害共享大數(shù)據(jù)。統(tǒng)一基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)前置庫(kù)方式對(duì)接全國(guó)地質(zhì)災(zāi)害信息平臺(tái)，共享全省地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)基本信息、全景影像以及預(yù)警信息;通過(guò)WebService服務(wù)的方式共享省氣象局、水文局雨量數(shù)據(jù)信息;采用數(shù)據(jù)推送方式，將地質(zhì)災(zāi)害防治相關(guān)統(tǒng)計(jì)信息推送至省自然資源綜合統(tǒng)計(jì)與決策支持系統(tǒng)共享，將地質(zhì)災(zāi)害防治項(xiàng)目等監(jiān)管信息推送至省自然資源綜合監(jiān)管與監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)共享，將地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警信息通過(guò)省政務(wù)數(shù)據(jù)共享交換服務(wù)平臺(tái)與安徽省應(yīng)急管理信息系統(tǒng)共享交換數(shù)據(jù)。另外，動(dòng)態(tài)消息交互。采用動(dòng)態(tài)消息交互機(jī)制，為海量數(shù)據(jù)隊(duì)列推送給應(yīng)用程序提供信息發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)總線，消息被接收之前都可安全保存。實(shí)現(xiàn)移動(dòng)APP與后臺(tái)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)出現(xiàn)抖動(dòng)時(shí)，消息交互機(jī)制能夠支持?jǐn)帱c(diǎn)推送。網(wǎng)絡(luò)信號(hào)差時(shí)，消息保持在隊(duì)列中，信號(hào)正常后，消息立即推送到移動(dòng)APP。

（三）視頻監(jiān)控自動(dòng)識(shí)別預(yù)警

該技術(shù)的合理應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)災(zāi)害體形變狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與報(bào)警，利用超高清監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)重點(diǎn)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生體進(jìn)行有序監(jiān)測(cè)，并對(duì)監(jiān)測(cè)的畫(huà)面數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比分析，當(dāng)災(zāi)害體出現(xiàn)微觀形變時(shí)，可進(jìn)行及時(shí)報(bào)警，由專(zhuān)項(xiàng)負(fù)責(zé)人進(jìn)行防災(zāi)減災(zāi)防治工作指揮開(kāi)展。在視頻監(jiān)控自動(dòng)識(shí)別預(yù)警技術(shù)應(yīng)用時(shí)，可基于微波信號(hào)傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害體的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，如山區(qū)存在信號(hào)盲區(qū)，基于微波無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，快速對(duì)地質(zhì)災(zāi)害體進(jìn)行形狀分析。微波無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的安裝成本較低，可基于GIS技術(shù)的應(yīng)用，為控制室提供準(zhǔn)確的地質(zhì)災(zāi)害體形變坐標(biāo)，快速準(zhǔn)確地找到相關(guān)區(qū)域，并發(fā)出預(yù)警信息。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，礦山地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警體系實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)指標(biāo)異常時(shí)自動(dòng)預(yù)警，有效地解決了地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)專(zhuān)業(yè)人員的不足和偏遠(yuǎn)山區(qū)受地形氣候限制的難題，提高了礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)頻率、效率及效果，有助于礦山開(kāi)采工作的順利進(jìn)行，能夠?yàn)榈V山開(kāi)采提供有力的參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜建濤，閆麗，趙超英.蔚縣礦區(qū)地面沉陷InSAR多維形變監(jiān)測(cè)[J].煤田地質(zhì)與勘探，2020，48（01）：168-173.

[2]陳蒙，林錦富，段昌盛.綠色礦山建設(shè)中的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2018，29（04）：54-57.

[3]吳君平，葉小兵，王士友，楊黎萌.礦山地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查及防污措施分析[J].西部資源，2019（01）：101-102.