GNSS技术在矿山高陡边坡监测中的应用

GNSS技术在矿山高陡边坡监测中的应用
摘要：随着矿山边坡变形监测技术的发展，全球导航定位技术GNSS被广泛应用于矿山边坡变形监测中，通过区域增强系统和全球卫星导航系统进行监测，为矿山安全生产提供了重要的动态数据基础。

基于此，本文文介绍了边坡工程监测技术及方法，重点分析了GNSS技术在矿山边坡变形监测中的应用。

关键词：GNSS；矿山边坡变形监测；应用分析
矿山安全与可持续开采对促进社会发展具有一定作用，边坡管理作为其安全防范的重要环节，必须应用更先进的GNSS技术进行观测，以达到准确观测的效果。

另外，GNSS作为矿山边坡变形监测的主要辅助工具，可通过实时监测和数据分析系统向工作人员提供边坡变形情况，加强技术人员对边坡变形的掌握，及时发现和解决问题，提高采矿工作的安全性。

一、GNSS概述
GNSS（global navigation satellite system）即全球导航卫星系统，主要由空间星座部分、地面控制部分及用户接受部分组成。

GNSS泛指全球四大卫星系统以及广域增强系统，包括中国北斗系统BDS、美国GPS系统、俄罗斯GLONASS 系统和欧洲伽利略Galileo系统等全球的、区域的卫星导航系统。

因具有全天候数据采集、静态定位精度高、测量时间短、测站点之间无须通视以及可同时测定点位的三维空间点坐标等特性而被广泛应用于。

笔者认为，近年来国内GNSS技术对地观测技术发展迅速，目前已广泛应用于各行各业工程领域，包括但不限于大地测量、变形监测、地震地质和地球动力学研究等方面。

其中，矿山边坡安全监测问题一直是当前监测领域研究的热点，利用GNSS监测技术实现全过程的滑坡预警预报方法综合判定矿山边坡稳定性。

对于矿山的GNSS监测，在硬件方面要有基站GNSS接收机、流动站GNSS接收机等一套完整设备，软件方面要有相应的数据处理软件、边坡稳定监测数据与分析
软件，而且必须是GNSS-RTK系统自身所携带的配套软件，如此才可最大限度发
挥监测功能。

二、矿山边坡变形监测的重要性
伴随我国社会经济发展水平的进一步提升，社会各个行业和领域对矿产资源
的需求量也显著增大，这就对矿山工程建设提出了更高要求。

但在实际开展矿山
建设与生产活动时，难免会遇到各种风险，尤其是边坡变形问题，一旦对该问题
的监控不到位，极易引发矿山塌陷等严重安全事故，这样不但会使企业损失惨重，同时也会威胁到施工人员生命安全，所以，采取科学化、高效化、先进性的矿山
边坡变形监测技术手段非常有必要。

具体来说，矿山边坡变形监测的重要性表现在：首先，矿山边坡变形监测能
对整个施工项目的生产过程进行科学、全面地评价，准确判断其可靠性与安全性，并及时发送变形预警信息，使工作人员能第一时间了解矿区存在的事故隐患，并
提前做好预防工作，把事故可能带来的损失控制在最低水平。

其次，变形监测工
作的切实有效开展能在很大程度上降低滑坡等现象的发生率，在问题的萌芽阶段
就能及时捕捉，进而从源头上遏制其进一步“生长”。

再次，变形监测技术的应
用还能为相关决策部门开展工作提供必要的数据作为参考和指导，便于其编制科
学可行的施工组织和操作方案。

最后，变形监测工作的开展还能为矿区维护处理
等提供有效的帮助，让工作人员在较为安全的条件下进行施工作业，从而大幅提
升企业经济效益。

三、矿山边坡变形监测作用
在露天矿高陡边坡开采过程中，通过对边坡工程的安全监测，可以起到如下
一些作用：
1)、通过监测可以评价边坡施工及其使用过程中边坡的稳定性，并作出有关
变形的预测预报，对于已经或正在滑动的滑坡体掌握其演变过程，及时捕捉崩塌
与滑坡灾害的特征信息，如崩塌、滑坡的正确分析评价、预测预报及为相关治理
工程等，提供可靠的资料和科学依据。

2）、提供边坡发生恶性滑波的报警，以保证作业人员及设备的安全，且在
变形趋稳时解除警报，利于组织生产。

同时，通过监测可为相关决策部门提供相
应参数依据，为有关方面提供相关的信息，以制定相对应的防灾救灾对策、制定
出应急防灾措施。

3）、提供矿山边坡信息，以便矿山调整采、掘计划，甚至修改设计方案。

参与提出处理潜在滑体方案，为方案的实施提供安全监测，对处理效果提出评价。

边坡监测的目的是对可能发生滑坡的危险边坡进行观测，查明滑动性质、滑
体规模和准确预报滑坡等以确保生产安全，避免灾难性事故的发生。

四、GNSS在变形监测中的优点
1、测站间无需保持通视。

变形监测网的布设十分自由、方便，可省去大量
中间信息传递过渡点的原因是GNSS定位时，测站之间无需保持通视，这样就节
省了大量布设监测站点的费用。

2、全天候观测。

GNSS测量不受风雪雨雾、阴天黑夜等恶劣条件的限制，利
用GNSS卫星数量多，及其他非卫星定位手段等技术优势，实现全天候、全方位
的观测。

因此在对洪水、滑坡、雪崩及泥石流等突发性地质灾害的监测时，GNSS
技术十分重要。

3、实现监测的自动化。

GNSS检测系统能轻易实现从数据采集、传输、处理、分析、报警到入库的全自动化。

因GNSS接收机可自动进行数据采集工作，用户
能在变形监测站无人值守时把GNSS变形监测系统建成无人值守的自动监测系统。

而GNSS接受机所收集的信息会自动传输到控制中心，同时也能在控制中心更改
数据采样率、监测时长及监测截止高度角等，极大地节省了变形观测经费，避免
人力资源的浪费。

4、可消除或削弱系统误差的影响。

在两期变形监测中所求得的变形监测点
的坐标差是在变形监测中最为关注的数据，而变形监测点本身的坐标却并不重要。

虽然两期变形监测中所含的共同系统误差会对两期坐标值造成影响，但却不会影
响所求得的变形量。

GNSS变形监测网中的起始坐标误差，数据处理中所用的定位
软件本身的不完善及卫星信号在大气层中的传播误差中的公共部分影响可得以消
除或削弱。

5、精度高、效率高。

由于GNSS定位技术在消除或削弱系统误差，使测量精
度达到其他测量手段难以达到的高度，所以GNSS在变形监测中迅速得到了推广，成为变形监测方法中的佼佼者。

五、GNSS技术应用要点分析
1、边坡变形监测基准点的确定。

对GNSS技术的应用而言，要想确保其发挥
实质性的作用，先要确定好基准点的位置，这对后续监测数据的真实性和可靠性
影响较大。

因此，在实际监测工作中，需做到：①基准点的选择需尽可能避开周
围山体和干扰物的影响，使观测站所得到的数据具有准确性特征；②由于基准点
的选择范围相对较小，主要根据当前边坡变形区域进行布设，所以需工作人员提
前进行地质方面的勘测，判断该区域地质结构的稳定性与否，以便于及时作出调整；③监测基准点的布设除要考虑当前边坡变形区域外，还要考虑后续可能出现
的边坡不稳定区域，所以基准点的选择需尽可能在底层稳定区域，避免后续的更
换和转移。

2、设计变形监测网。

若基准点的布设是边坡变形监测的基础，那么变形监
测网的设计就是关键环节，其对监测结果准确性影响大，所以需给予足够的重视，具体体现在：①在实际监测网设计中，相关人员需结合变形监测主要目的和企业
实际情况，选择不同等级的监测网和基准点坐标，确保其符合要求和规范；②监
测点设计是监测网建立的重要内容，根据矿山的实际情况选择原有监测基点，四
等三角点及矿山重要部位新测点可作为GNSS系统的主要监测点；③需注意的是，变形监测点的位置选择大都与矿山边坡相垂直，并且随着监测网等级的提升，其
测量精准度也会不断提高。

3、监测工作中的坐标转换工作。

通常，野外作业数据采集使用双频或单频GNSS接收机，在监测基准点上固定安置接收机，以进行长时间的连续观测，其它
接收机依次布设于各个监测点。

对重要监测点观测的时段为2h，且要求2个或2
个以上的观测时段，一般监测点为1个观测时段，时段长为1h。

GNSS监测系统
通常采用WGS-84坐标系，最常采用的数据形式为经度、纬度和高程。

对矿山边
坡变形监测工作而言，其可不进行坐标转换，即通过比较不同时间观测结果，便可直接求出相应的差值和位移量。

但需注意的是，在分析和评价以前通过常规测量手段获得的结果，或要将GNSS测点作为工程地质测绘图的控制点时，需进行
坐标系统的转换，具体方法是将GNSS系统采用的WGS-84坐标系统转换成矿区采用的地方坐标系，以建立两者之间的联系，便可分析和评价历年的累计变形及其发展变化趋势,最终达到矿山边坡变形监测的主要实质性目的。

综上所述，近年来，伴随GNSS技术的不断改进与创新，其应用范围也逐渐
扩大，当前，GNSS测量技术已在各类变形监测中得到了广泛应用，其在矿山边坡变形监测中应用的优势主要表现为精度高、受外界因素干扰小等，可达到实时监测目标，但同时也面临一些难点，如观测条件恶劣、基准点选择难度大等，这些问题都需在矿山边坡监测中引起高度重视。

参考文献：
[1]谢秋生.GNSS在矿山边坡变形监测中应用的探讨[J].矿业工程，2016(03).
[2]葛玉祥.GNSS技术在矿山边坡变形监测中的应用[J].有色金属，2015(20).。