湖北三鑫公司高精度地表沉降监测系统设计

安庆+吴树森

摘 要：针对湖北三鑫金铜股份有限公司矿区实际需求，建立了一套基于北斗高精度的地表沉降监测预警系统，论述了系统的总体构架及方案实施组成。该系统解决了传统人工无法全天候监测的问题，实现了矿区地表沉降安全监测的自动化、智能化。

关键词：北斗 沉降监测 基准站 数据中心

中图分类号：P228 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）01（b）-0241-02

采矿业属于高风险行业，近几年采矿企业频发重特大安全生产事故，给国家和人民带来巨大的生命财产损失。随着国家对采矿行业安全生产的日益高度重视，采矿企业建立安全可靠的视频监控系统势在必行，同时这也是矿区安全系统中的重要内容。

湖北三鑫金铜股份有限公司（以下简称湖北三鑫公司）为典型的采矿企业，其主要开采对象为-470 ～-1 080 m标高之间的矿体，随着矿山向深部开采，形成大量采空区，且地压逐渐增大，地下采空区在强大的地压下，更容易发生坍塌事故，形成地表沉降现象，若不能建立沉降监测系统，其生产运营及矿区物资人员的安全则存在严重的安全隐患。因此，利用北斗技术，在三鑫矿区建立一套自动化地表沉降监测预警系统非常必要。该系统在北斗地基增强系統的支撑下，能够提供毫米级定位精度，非常适用于矿区地表沉降、尾矿库及滑坡等微小形变的监测，对于企业的安全生产意义重大。

1 系统总体设计

基于北斗高精度的地表沉降监测系统的整体设计分为四个部分，具体如下所述。

（1）传感器子系统：针对矿区10个危险区域：①新主井；②活动中心；③化验室；④滑坡区；⑤干堆尾矿库六个区域。分别布置北斗天线、北斗接收机等监测终端，采用后安装方式。

（2）数据传输子系统：北斗天线到北斗主机由同轴电缆通讯；北斗主机及其他传感器与控制中心通讯采用无线的通讯方式。

（3）数据处理与控制子系统：由布置在监控中心的小型机系统、服务器系统、数据实时自动处理与Web发布。

（4）辅助支持系统：包括外场机柜、配电及UPS、防雷和远程电源监控。其整体设计结构见图1。

2 系统方案实施组成

该系统实施主要包括以下几个部分。

2.1 地基增强站

武汉光谷北斗控股集团有限公司已在黄石市建设了10个地基增强站，覆盖整个黄石市所辖区域，其分别部署在：（1）马石村；（2）铁山区；（3）黄石港区江北工业园；（4）大冶；（5）灵乡镇；（6）白沙镇；（7）黄颡口镇；（8）阳新县；（9）龙港镇；（10）枫林镇。

利用黄石北斗地基增强系统网中已经建立的大冶站，能够保证湖北三鑫公司地表沉降监测点实时接收到基准站的卫星坐标修正值，从而构成监测网，实现整个矿区的位移形变监控预警。

2.2 监测站

湖北三鑫公司北斗高精度地表沉降监测预警系统的监测单元为10个监测站，该次10个监测点的设计是结合矿区内部已经出现整体沉降的“化验楼”和主井附近“滑坡坍塌点”，防止发生二次坍塌，并充分考虑“干堆尾矿库”的范围和在建边坡的实际需要，同时对矿区人员较为集中的“活动中心”和新建的“主井”进行安全评估后确立的布点方案，其监测点分布见图2。

2.3 数据通讯单元

由于该项目实施的是矿区的沉降监测，需要实现监测站与控制中心间的数据双向通讯传输，监测站的远程控制和管理等功能。考虑到现场环境较为复杂，布设光缆的难度较大。另外，由于沉降数据是静态观测数据，对数据的实时性要求不高，而对精度要求较高，从实用性和经济性出发，我们对各监测站采用了GPRS的数据通讯传输方式。

3 数据中心

数据中心硬件设备主要组成为各类服务器、数据存储及网络设备。服务器包括应用服务器、数据库服务器、利旧服务器及解算服务器等；数据存储设备包括在线存储、利旧存储、离线存储等；网络设备包括防火墙、核心交换机、负载均衡器等。其功能是接收从各监测站和基准站传来的卫星观测原始数据，并对其进行转换、处理、存储、发送和应用展示等，实现各沉降监测点沉降量数字和图形化展示、趋势分析、安全评估，以及阈值预警等功能。

4 结语

湖北三鑫公司北斗高精度地表沉降监测预警系统能够监测沉降区的地质变化、地表位移形变情况，并自动反馈到监控中心，且能根据现场事故等级给相应负责的巡检员、相关监管部门及领导提供多级预警，能让主管领导第一时间实时了解到现场情况，根据现场情况及时启动应急预案，下达指令，快速解决问题。便于企业实时掌握矿区地表沉降状况和安全状况，从而保障矿体深部采矿安全以及矿区内居民的生命财产安全。该系统还可应用于滑坡地质灾害监测、矿山边坡变形监测、水库大坝变形监测、堤防渠道变形监测、深基坑及周边影响区变形监测、高层建筑及大型场馆健康监测等领域，具有较大的使用价值。

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