智能全站儀在尾礦庫表面位移監測中的應用

趙啟海

摘要：智能全站儀在尾礦庫表面位移監測中的應用是研究中心，根據甘肅省禮縣石橋鎮馬泉金礦尾礦庫具體情況，及時對智能全站儀的應用現狀進行剖析，并且客觀總結智能全站儀在尾礦庫表面位移監測中的應用優勢。隨后從變形監測網點布置、執行標準、外業觀測業內處理、精度分析等方面，就徠卡第五代測量機器人TS60全站儀的應用展開詳細研究。目的在于科學認識智能全站儀在尾礦庫表面位移監測中的作用，完善尾礦庫表面位移監測系統，提高監測的精準度與效率。

關鍵詞：智能全站儀;尾礦庫;表面位移監測;精度分析

一、概述

1.尾礦庫智能全站儀應用現狀

甘肅省禮縣石橋鎮馬泉金礦尾礦庫已運行了多年，近年年降水量不斷增加，該尾礦庫抵制自然災害的能力不斷下降，安全隱患日益增多。尾礦庫的安全關系到其影響區域內人民生命財產及環境的安全，故而搞好尾礦庫的安全監測意義重大。該尾礦庫表面位移監測采用徠卡第五代測量機器人TS60全站儀觀測。通過近兩年觀測，獲取數據精度可靠，減少了人力財力的消耗，對尾礦庫安全監管提供有力的保障。

2.智能全站儀應用優勢

智能全站儀在實際應用中，能夠針對尾礦庫具體情況，及時對表面位移進行檢測。尤其是三維軟件的加入，根據尾礦庫表面位移點位，瞬時完成數據轉換，生成3D模型，方便監測觀察。觸摸屏技術的輔助下，對尾礦庫表面展開測量，統計相關數據。智能全站儀設計中，通過內外一體化結構，擴大監測視場角，面臨尾礦庫特殊條件的影響，同樣可以完成長距離測量，并且對檢測點及時鎖定，迅速展開測量，為測量人員提供更多測量方便。

智能全站儀在強光或者雨霧等影響下，系統會自動完成表面位移監測校對，通過棱鏡校準的方式，在復雜環境下依然能夠及時完成表面位移檢測任務。相比傳統檢測設備，智能全站儀運行精度得到優化，同時操作更便捷，滿足表面位移監測需求，提高了監測的可靠性與精準性，很大程度上減少丈量誤差。

二、變形監測網點布置

測區位于甘肅省隴南市禮縣石橋鎮，開采礦種為金礦，尾礦庫呈西東走向，監測點根據壩體堆場馬道以5米左右的高度差進行分層布設，共分7層，每層布設3個觀測點，點間距20米。共23個觀測點。

利用礦區已有GPSE級控制點GP01為基準點，GP02為后視點，采用測回法觀測，高程采用三角高程。變形監測布點如圖1所示。

三、主要執行標準

1.《工程測量規范》（GB50026-2007）;

2.《巖土工程監測規范》（YS5229-96）;

3.《金屬非金屬礦山安全規范》（GB16423-2006）;

4.《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2002）;

5.《尾礦庫在線安全監測系統工程技術規范》（GB51108-2015）;

6.《中、短程光電測距規范》（GB/T16818-1997）;

7.《國家三角測量規范》（GB/T17942-2000）。

四、外業觀測

1.TS60全站儀（0.5″）設站方式選擇“已知后視點”，在已知點上設站，測量一個已知目標點設置定向。設定新建測站點的點號坐標;照準后視點設置測站定向。

2.TS60全站儀具備自動執行多測回測角的功能。選用“多測回測角（中國版）“功能，選擇進入測站設置界面，選擇新建作業。在此界面輸入測站點號、觀測測回、儀器高度，測量方式設為自動，輸出文件格式為obs格式。

3.目標重測次數設為3，即自動觀測時對每個觀測點測量3次取均值。超限重測次數設為10，在觀測過程中儀器會自動計算檢查是否超限，若發現超限則立即重新觀測，直到觀測數據合格或重復觀測次數達到10次。各個限差數值也可在此界面設置。

4.設置完成后需進行一次手動學習測量。在學習測量界面輸入目標觀測點的點號及目標高后照準棱鏡測存即可。如果棱鏡數量充足，同一測站學習測點的數量沒有限制，可點擊【點列表】選項核查以保存的點。

5.學習測量完成后即可進入自動測量界面開始測量。數據查看界面可查看已完成作業的部分測量數據，詳細數據需經過內業解算后可查看。

五、內業處理

1.使用徠卡多測回數據管理程序進行內業處理。新建作業并導入測量數據，此時彈出【測站信息】對話框，完成填寫后點擊確定。

2.程序下方可查看各測回中觀測點的詳細觀測結果，其中平距和高差需要使用【斜距傾斜改正】和【高差計算】功能計算得出。各項觀測精度指標如下圖2所示。

3.點擊【多測回數據分析】啟動徠卡多測回數據分析程序。點擊【平差設置】設置橢球投影和計算方式。

點擊【數據平差】彈出【數據平差】對話框。插入已知點GP01、GP02，已知類型選擇全部已知，選好需要平差的作業及周期，即可計算并生成平差結果。

利用成果功能可導出外業觀測手簿與平差結果。如圖2-圖5所示

六、精度分析

根據智能全站儀對尾礦庫進行監測，測量主要方式選擇極坐標方法，通過角度、距離測設點展開具體的位移平面位置監測。參考圖6示意圖，其中平面控制點以A、B為主，由此得到示意圖測量坐標，分別為A（xA，yA）與B（xB，yB）。圖6中監測期間所出現的特征點變化，主要表現在P、Q、R、S幾方面，由此得到變形特征坐標，分別為P（xp，yp）、Q（xQ，yQ）、R（xR，yR）、S（xS，yS）。

隨后根據測量情況展開計算，具體過程如下：

隨后對兩者的夾角進行計算，計算過程為：

根據夾角計算與已知條件，展開水平距離計算，計算過程如下：

計算公式中，表面位移監測的角度為α、β，已知的測點距離為DAP。根據甘肅省禮縣石橋鎮馬泉金礦尾礦庫表面位移監測具體情況，在徠卡第五代測量機器人TS60全站儀觀測輔助下，及時得到位移變形的相關數據信息，并且迅速整理后將信息傳輸至監測平臺，隨后計算表面位移所產生的變形量，實時公布位移數據

精度分析工程中，選擇甘肅省禮縣石橋鎮馬泉金礦尾礦庫監測中的頂端面作為主要研究區域，其中觀測周期與時間具體信息詳見表1。

根據監測模型變化以及數據波動發現，該尾礦庫頂端面區域，位移變化趨勢以及擬合度具體如下：

變化趨勢y=-0.02x2+0.982x+9.355，擬合度0.929。

結合監測計算數據可以發現，隨著尾礦庫頂端面區域的逐漸位移，變化趨勢出現明顯波動，有原有的變化趨勢轉變為y=-0.008x2+0.654x+10.39，并且擬合度由0.929變為0.906。由此看出，尾礦庫表面位移的監測至關重要，能夠幫助監測人員對變化規律加以掌握。其中平面位移變形量與豎向下沉之間呈正比例。12周的監測觀察，變形量數值變大，豎向下沉數值變大。不僅如此，智能全站儀的支持下，智能監測系統增加了多樣報警功能，根據在線監測情況，利用聲光或者短信等方式，迅速將監測情況上報到信息處理平臺。系統接收到報警信息后，及時尾礦庫展開復核，經過反復測量，發現變形情況與上報數值相同。著手對位移原因研究，發現主要因為子壩堆積，機械施工期間，尾礦庫受到影響而出現變形。雖然尾礦庫處于變形位移狀態，但是也表明，壩體在不斷維護中，變形趨勢得到明顯改善，同時從固結穩定角度分析，壩體的狀態逐漸好轉。

由智能全站儀監測下的尾礦庫表面位移變化趨勢研究與精確分析，對壩體位移有更全面的掌握。尤其是位移變形曲線方面，結合擬合度百分比，去判斷縱斷面變形、尾礦庫壩體變形是否一致。智能全站儀對于位移變形方面的監測分析是準確的，不僅將表面位移變形規律客觀呈現，同時也從多角度去了解壩體位移情況，方便管理人員對尾礦庫的管理。尾礦庫表面位移監測期間，提高監測精準度，實現實時、在線、全天候對表面位移情況進行監測。通過自動目標識別的方式，明確表面位移監測點，對位移變形等狀況全面覆蓋監測，并且智能跟蹤，由此來實現智能全站儀監測的目的。

七、結論

經過該尾礦庫表面位移觀多次的觀測數據分析發現，利用徠卡0.5″TS60可靠，能夠及時預測壩體的變化趨勢，滿足了尾礦庫表面位置監測精度及生產生活需要，經濟效果良好。對于尾礦庫來講，管理人員想要直觀、全面的了解尾礦庫情況，表面位移監測是重要手段。尾礦庫監測系統積極應用智能全站儀在，不僅實現了實時監測，同時為管理人員對尾礦庫的管理提供了幫助。從多方面對危險因素進行排除，科學調整尾礦庫的安全風險等級，為事故預防方案制定提供更多參考。

尾礦庫表面位移由智能全站儀的監測下，積極完善監測基準網，并且搭配變形監測數據統計與檢算，及時對變形數據監測信息統計、整合等過程進行優化，明確出現表面位移變形的原因，直觀觀察表面位移變形趨勢。根據尾礦庫實際情況，采取有效手段提升其安全等級。綜上所述，智能全站儀在尾礦庫表面位移中的應用，不僅作用顯著，還具有非常廣闊的應用空間，這對尾礦庫表面位移監測管理與智能全站儀的發展前景等都具有重要意義。

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