GNSS技術(shù)在礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

鄒冠華

（湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 株洲 412006）

隨著我國(guó)科技的不斷發(fā)展，全球?qū)Ш蕉ㄎ患夹g(shù)GNSS也在日益成熟，并被廣泛應(yīng)用在礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)和山體滑坡監(jiān)測(cè)方面。GNSS技術(shù)與傳統(tǒng)的GPS定位系統(tǒng)相比，其主要是針對(duì)因礦山開采所產(chǎn)生的地質(zhì)災(zāi)害，通過(guò)區(qū)域增強(qiáng)系統(tǒng)和全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為探究和預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害提供了重要的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，從而推動(dòng)我國(guó)在GNSS技術(shù)上的進(jìn)一步發(fā)展。

1 礦區(qū)山體變形監(jiān)測(cè)概述

因地質(zhì)災(zāi)害所導(dǎo)致的山體變形監(jiān)測(cè)可通過(guò)兩種方式進(jìn)行，一是對(duì)副井井筒錯(cuò)縫間距進(jìn)行，二是在易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的山體上選擇具有代表意義的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害山體外地質(zhì)穩(wěn)定地段選擇一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)、一個(gè)后視點(diǎn)，選擇9個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用GNSS控制網(wǎng)監(jiān)測(cè)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

GNSS控制網(wǎng)監(jiān)測(cè)和近景攝影測(cè)量觀測(cè)以及地面大地測(cè)量常規(guī)觀測(cè)等，是滑坡監(jiān)測(cè)中最常用的手段。水準(zhǔn)儀和全站儀是大地測(cè)量常規(guī)觀測(cè)中主要依托的設(shè)備，高程數(shù)據(jù)與人工采集監(jiān)測(cè)點(diǎn)二維的缺點(diǎn)就是，不僅高程與數(shù)據(jù)平面無(wú)法實(shí)現(xiàn)同時(shí)采集，還存在安全系數(shù)低的問題；近景攝影測(cè)量精度比較適用于粗精度觀測(cè)，主要原因是受到攝影經(jīng)緯儀焦距和縱向距離的影響；而近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于礦山地質(zhì)災(zāi)害所引起的山體變形監(jiān)測(cè)中的GNSS觀測(cè)技術(shù)，具有動(dòng)態(tài)精度高和布網(wǎng)靈活的特點(diǎn)。

2 觀測(cè)法具體條件對(duì)比

大地測(cè)量法監(jiān)測(cè)范圍比較大，而且對(duì)礦區(qū)地表變形的范圍有較高的精準(zhǔn)度，不僅可以對(duì)邊坡區(qū)域的絕對(duì)位移量和區(qū)域變形過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，還能監(jiān)測(cè)到邊坡區(qū)域的信息，其具有操作靈活和精準(zhǔn)度高的特點(diǎn)。但是其連續(xù)觀測(cè)性比較差，主要是受地形和天氣等外界條件的影響。

比如在山體位移量比較大的情況，由于精準(zhǔn)度比較低，所以在監(jiān)測(cè)過(guò)程中應(yīng)用近景攝影測(cè)量法時(shí)，需要采用多各切換方式，并且只局限于小范圍監(jiān)測(cè)，對(duì)遠(yuǎn)景監(jiān)測(cè)的效果不夠顯著。GNSS監(jiān)測(cè)法，不僅要利于監(jiān)測(cè)優(yōu)化、操作簡(jiǎn)單，還要克服天氣等外在因素，做到無(wú)需要通視且監(jiān)測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，目前在我國(guó)滑坡變形監(jiān)測(cè)中，已經(jīng)廣泛應(yīng)用了GNSS觀測(cè)技術(shù)，其不僅有明確的周期性，更加清楚整體監(jiān)測(cè)效果，還可以有效提高滑坡應(yīng)急監(jiān)測(cè)效率，并在短時(shí)間內(nèi)表征監(jiān)測(cè)的變化。

精度的要求，在山體變形監(jiān)測(cè)中，由于礦山地質(zhì)的不同來(lái)直接決定。地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生過(guò)程中，地表裂縫的觀測(cè)誤差為0.5mm，垂直位移監(jiān)測(cè)高程中差3mm，水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)中誤差為6mm；垂直位移監(jiān)測(cè)高程中差10mm，水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)在礦區(qū)山體土質(zhì)變化精度中誤差12mm，地表裂縫的觀測(cè)誤差為5mm內(nèi)；監(jiān)測(cè)周期要綜合考慮的因素不僅是上面我們說(shuō)的精度要求，還要考慮變形速率和地質(zhì)條件以及測(cè)物的特征。

對(duì)災(zāi)害易發(fā)生區(qū)域進(jìn)行監(jiān)督預(yù)防需要采用多種不同方式，并且觀測(cè)周期盡量與方法一致，并監(jiān)測(cè)儀器和環(huán)境大體的相同；在監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)選擇監(jiān)測(cè)點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況，形成一定的監(jiān)測(cè)網(wǎng)，不僅可以達(dá)到理想的監(jiān)測(cè)效果，還可以全面性評(píng)估其整體的地理位置。

3 GNSS技術(shù)在滑坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用探究

中海達(dá)V30接收機(jī)與TS09全站儀在山體變形監(jiān)測(cè)中，是最常規(guī)的監(jiān)測(cè)儀器。中海達(dá)V30接收機(jī)測(cè)距精度為2.5mm+1×10-6d，TS09全站儀的測(cè)距精度為1.5mmm+2×10-6d，測(cè)角精度為1″。例如：在山區(qū)不但山高林密，而且雨霧天氣頻繁，所以在地區(qū)的監(jiān)測(cè)中，對(duì)監(jiān)測(cè)儀器的選擇上面，常規(guī)的監(jiān)測(cè)方法已經(jīng)無(wú)法在適用，并根據(jù)對(duì)精度的要求以及個(gè)體分析的測(cè)量成果，最終在監(jiān)測(cè)儀器上選擇了中海達(dá)V30接收機(jī)，根據(jù)工程的實(shí)際情況，其監(jiān)測(cè)要求為：動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)12個(gè)和土體含水率計(jì)3支、GNSS基準(zhǔn)站1個(gè)以及布設(shè)雨量計(jì)1套；土體含水率計(jì)分別埋深于土體表層下，并在附近相對(duì)穩(wěn)固的監(jiān)測(cè)站內(nèi)設(shè)置了基準(zhǔn)點(diǎn)，用于測(cè)定山體災(zāi)害穩(wěn)定間和降水量的相關(guān)性，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)在監(jiān)測(cè)儀器的整體選擇過(guò)程中，對(duì)變形區(qū)域多安置的儀器，并評(píng)估其變形狀態(tài)，主要累計(jì)從傾伏角和變形方位角以及平面位移等方面，累計(jì)傾伏角和變形方位角以及累計(jì)平面位移，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)最好的監(jiān)測(cè)效果。

通過(guò)八個(gè)月的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，雨季變形量比較大，且屬于穩(wěn)定型災(zāi)害，降水后約兩周經(jīng)應(yīng)力調(diào)整又趨于穩(wěn)固，秋季山體監(jiān)測(cè)點(diǎn)整體變化速率較小，且體形變量不大，后期傾伏角在2.7度左右，相對(duì)比較穩(wěn)定。在后期進(jìn)行分析時(shí)，可以針對(duì)采集到的山體變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，運(yùn)用非線性滑坡問題通過(guò)模型參數(shù)進(jìn)行處理，有助于科學(xué)預(yù)測(cè)礦區(qū)山體形變特征，非線性回歸分析和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及灰色GM模型等是常用的建模方法，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的擬合分析；建立地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化GNSS動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在控制技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸以及電子傳感器的逐漸應(yīng)用中特點(diǎn)重要，在主控中心通過(guò)GNSS動(dòng)態(tài)采集數(shù)據(jù)三維傳輸、坐標(biāo)，并實(shí)時(shí)展示和輸出完成的數(shù)據(jù)，不僅對(duì)滑坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化水平進(jìn)行了有效的提高，還根據(jù)閾值實(shí)現(xiàn)了快速預(yù)警播報(bào)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文深入探討了礦山地質(zhì)災(zāi)害導(dǎo)致山體變形預(yù)報(bào)技術(shù)與變形監(jiān)測(cè)，并詳細(xì)分析了GNSS控制網(wǎng)監(jiān)測(cè)和近景攝影測(cè)量觀測(cè)以及大地測(cè)量常規(guī)觀測(cè)等手段，有效探究了在災(zāi)害監(jiān)測(cè)中應(yīng)用GNSS觀測(cè)技術(shù)，然后從監(jiān)測(cè)點(diǎn)、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)周期和滑坡監(jiān)測(cè)技術(shù)的精確性進(jìn)行了論述；并且對(duì)山體變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理，提出了非線性回歸分析和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及灰色GM模型等應(yīng)用方法，以此來(lái)有效提高變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率。