GPS技术在矿山变形监测中的应用研讨

张昆明

摘 要：在矿山开采过程中，由于受到自然、人为等因素的影响，会使其产生严重的变形。所以为了确保施工作业安全，必须对其进行严密的监测。GPS 技术具有探测精度高、全天候运行等优势，能够满足矿山变形监测的需要，且能够逐步实现监测的自动化运行，已成为应用于矿山变形监测的一种有效手段。本文通过对GPS 技术原理及特点的分析，深入探讨了GPS技术在矿山变形监测中的应用。

关键词：GPS技术；矿山变形监测；应用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.09.067

1 引 言

近年来，我国经济获得了飞速的发展，这离不开对大量矿产资源的消耗。为此，需要进行大面积的矿山开采，这一方面为国民经济的发展创造了重要的物质基础；但另一方面，也难以避免地对周边的自然生态环境构成了一定的影响，特别是在某些地区存在着过度开发的现象，对矿山环境造成了严重的破坏且容易引发各种地质灾害，比如土地资源的流失、地表的变形、环境的污染等，其中因矿山变形而诱发的滑坡、泥石流等会对周围人民群众的生命财产安全造成极为严重的威胁。

通过对矿山变形的监测，可准取评估由其引发地质灾害的相关规律，并对可能出现的灾害事故给出及时的预警，从而能够指导有关部门提前做好预防措施，尽可能地减轻人员、财产等的损失。当前来说，常用的监测方法主要是定期对矿区进行探测，并利用得到的各项数据进行分析。监测周期的选择一般是依据当地的变形趋势、剧烈程度来决定；监测方法则更多的是选用全站仪、水准仪等。但传统方法在应用中表现出如下不足：（1）要求监测工作人员直接到达监测点，存在较大的危险性，而且还会对矿区生产造成一定的影响；（2）监测过程存在间断，有可能会有所疏漏；（3）对数据的处理与分析不及时。

为解决上述问题，可应用 GPS技术实施监测，并充分利用通信技术、数据分析技术等，从而实现高效、实时的矿山变形监测。本文就GPS技术在矿山变形监测中的应用展开研究。

2 GPS技术概述

2.1 GPS技术的原理

GPS最初是应用于军事领域的一种定位技术，后来随着技术的逐渐成熟开始应用到民用领域。其原理是利用无线电导航实施精确定位，可以为用户提供极为精确的位置坐标等。各探测站点所获得的监测资料、数据，通过主控站汇集之后发送至GPS卫星，再经过相应的计算分析来实现静态定位。在实际运行过程中，可利用线性方式，以载波相位的探测值，作为两个不同地点之间的坐标差。GPS监测是一个综合性的系统，主要包括了GPS卫星、地面监控、GPS信号接收机等多个部分。其中，GPS卫星负责的是导航信号的实时发送，地面监控负责的是对卫星时间的监测，而GPS信号接收机则用于对得到的信号进行处理，从而获得相应的位置、时间等。

2.2 GPS技术的特点

GPS技术的定位准确度非常高，在方位上的误差低于1 mm。随着技术的更新换代以及系统的不断完善，可进一步缩减探测的时间，一次探测过程常常在几秒钟内即可完成。在进行探测时，只需测站上空开阔即可，而无需测站之间互相通视，在一定程度上节省了造标的成本。应用多种不同的检测方法，不但可获得三维坐标，还能够实现准确测定。系统的自动化水平越来越高，操作方便、节省人力，可大大降低作业人员的工作強度。不会受到气候变化的影响，可用于全天候不间断作业，有利于野外测量工作的开展，同时能够得到更多的检测数据。数据信息传输速度快，能够实现信息的即时发布，从而提高了监测系统的运行效率。应用范围较广，在矿山变形、地质滑坡、裂缝等监测中都可以获得应用。

3 GPS技术在矿山变形监测中的应用

随着GPS技术的发展，其显现出越来越多的应用优势，在监测领域获得了极为广泛的应用，并成长为一种极为重要的监测手段。而随着经济社会的发展，对于矿山变形监测的要求也是不断提高。不但要在传统方面进行拓展与创新，还要对监测体系及其模式进行更为深入的研究，以更好的满足矿产开采的需要。GPS技术在矿山变形监测中的应用，在技术上日益成熟，结合最新的计算机技术、通信技术，能够更加及时、准确的获取监测信息，并对得到的各项数据进行更加科学的分析，进而促进了矿山变形监测技术的发展，在矿山的生产过程中起到了越来越重要的作用。同时，通过对资源、空间、环境等数据信息的获取，不但有助于更好的进行矿产开发，更为实现自然生态环境的保护提供了重要的参考。

GPS技术在矿山变形监测中的应用主要由以下几个部分组成：

3.1 数据采集

主要包括了 GPS 参考站、变形监测站。前者起到的是基准点的作用，后者则设置于变形点上，对变形情况进行监测。

GPS 参考站的确定原则为：（1）周边地质条件良好，较为稳定。（2）满足 GPS 探测条件，不存在明显的干扰效应。（3）在条件允许的情况下，尽可能选择经应用实践、稳定性好的原基准点，因为这些点都经过前期勘探，且建有观测墩，可进行稳定分析。

变形监测站的确定原则为：（1）能较为准确的反映矿山变形特征。（2）变形关键点设置为持续运行的探测站。（3）适用于 GPS 探测。

3.2 数据通信

主要采用的是有线与无线传输相结合的通信模式，当地的移动信号稳定时，可直接应用移动通信模式进行信息传输；当地无移动通信服务或信号不稳定时，可以在搭建有线和无线通信两种模式中进行选择。

3.3 数据处理

主要由以下部分构成：处理设备、显示设备、通信设备等。数据处理的最重要功能在于对获取到的GPS 数据信息进行处理与分析，从中提炼出关键性的有用信息，对矿山变形情况进行实时监测，并对未来一段时间的变化趋势进行预估，给有关部门制定生产计划以及应对地质灾害提供参考，从而尽可能的避免因变形引起的各类地质灾害事故。

3.4 监测预警

主要用于对数据处理环节得到的结果进行再分析，获得矿山变形的位移量等参数，并利用相关测绘工具绘制出变形曲线等；结合当地地质资料以及自然环境的变化规律，对矿山变形情况进行评价；依据提前设置的预警方案发出预警信息。

4 GPS 监测的主要功能及特点

4.1 GPS 监测的主要功能

（1）实时监测。GPS技术的应用有着极高的实时性，实现了对矿山变形情况的实时监控，在不间断监测方面也能够完全满足对相关数据的要求。

（2）高精度监测。通过采用高定位精度的 GPS技术，对于变形情况的探测能够达到毫米数量级，精确度非常高，得到的数据极为准确。

（3）自动化监测。随着计算机技术的飞速发展，将其与GPS技术有机的结合起来，可实现自动化监测。将监测站得到的各项数据传送到控制中心，数据的处理、分析、预警等多个过程可实现自动化运行。

（4）全天候作业。GPS监测受到自然天气变化的影响极小，可以实现全天候的持续运转，有效的避免了测量疏漏的发生，保障了矿区的正常生产以及安全生产。

4.2 GPS 监测的主要特点

（1）因为对变形信息的连续不间断采集，获取的数据量非常庞大。

（2）探测准确度高，应用算法先进，能够达到极高的数据精度。

（3）报告充分，能够得到矿山变形的位移、速率等各项参数，以及变形曲线图、变形分布图等等。

（4）传输速度快，实现信息的即时发布，从而在必要的情况下能够迅速发出预警信息。

（5）应用范围较广，无论是矿山变形还是地质滑坡、裂缝等都可以应用。

通过上述分析可知，GPS技术的应用为矿山变形监测提供了一种安全可靠的手段，为矿区变形监测的自动化与实时化提供了技术上的支持。随着GPS 技术的进一步发展，以及数据处理、通信传输、智能监测等技術的不断改进，GPS 监测可以对矿山进行更加高效、精准的动态监测，可以充分掌握由矿山变形引发的地质灾害规律，并对可能出现的地质灾害做出提前预警，指导有关部门对可能出现的地质灾害做好防控措施，为矿山生产的规划和发展提供重要参考，对推动矿山生产的长期可持续发展也将起到关键性的作用。

5 结语

与以往的变形探测技术相比，GPS 技术的准确度更高，且能够实现全天候、自动化的运行，在矿山变形监测中获得了广泛的应用，有着极高的应用价值。通过GPS 定位，能够获得准确的三维信息，迅速测得目标区域的变形值，为矿山生产的正常运行以及地质灾害的及时预警提供重要的参考。但是，在当前的矿山监测中，GPS技术的应用虽然有着诸多优势，但同时也受到了许多干扰因素的影响，使得测量数据存在着一定的误差。当然，只要严格遵照监测流程操作，现有的GPS技术是完全满足矿山变形监测需要的。为尽可能的减小误差，提高测量准确度，可以将GPS技术与其他监测技术结合起来使用，进而更好的发挥GPS的技术优势。

参考文献：

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