智能全站仪在尾矿库表面位移监测中的应用

赵启海

摘要：智能全站仪在尾矿库表面位移监测中的应用是研究中心，根据甘肃省礼县石桥镇马泉金矿尾矿库具体情况，及时对智能全站仪的应用现状进行剖析，并且客观总结智能全站仪在尾矿库表面位移监测中的应用优势。随后从变形监测网点布置、执行标准、外业观测业内处理、精度分析等方面，就徕卡第五代测量机器人TS60全站仪的应用展开详细研究。目的在于科学认识智能全站仪在尾矿库表面位移监测中的作用，完善尾矿库表面位移监测系统，提高监测的精准度与效率。

关键词：智能全站仪;尾矿库;表面位移监测;精度分析

一、概述

1.尾矿库智能全站仪应用现状

甘肃省礼县石桥镇马泉金矿尾矿库已运行了多年，近年年降水量不断增加，该尾矿库抵制自然灾害的能力不断下降，安全隐患日益增多。尾矿库的安全关系到其影响区域内人民生命财产及环境的安全，故而搞好尾矿库的安全监测意义重大。该尾矿库表面位移监测采用徕卡第五代测量机器人TS60全站仪观测。通过近两年观测，获取数据精度可靠，减少了人力财力的消耗，对尾矿库安全监管提供有力的保障。

2.智能全站仪应用优势

智能全站仪在实际应用中，能够针对尾矿库具体情况，及时对表面位移进行检测。尤其是三维软件的加入，根据尾矿库表面位移点位，瞬时完成数据转换，生成3D模型，方便监测观察。触摸屏技术的辅助下，对尾矿库表面展开测量，统计相关数据。智能全站仪设计中，通过内外一体化结构，扩大监测视场角，面临尾矿库特殊条件的影响，同样可以完成长距离测量，并且对检测点及时锁定，迅速展开测量，为测量人员提供更多测量方便。

智能全站仪在强光或者雨雾等影响下，系统会自动完成表面位移监测校对，通过棱镜校准的方式，在复杂环境下依然能够及时完成表面位移检测任务。相比传统检测设备，智能全站仪运行精度得到优化，同时操作更便捷，满足表面位移监测需求，提高了监测的可靠性与精准性，很大程度上减少丈量误差。

二、变形监测网点布置

测区位于甘肃省陇南市礼县石桥镇，开采矿种为金矿，尾矿库呈西东走向，监测点根据坝体堆场马道以5米左右的高度差进行分层布设，共分7层，每层布设3个观测点，点间距20米。共23个观测点。

利用矿区已有GPSE级控制点GP01为基准点，GP02为后视点，采用测回法观测，高程采用三角高程。变形监测布点如图1所示。

三、主要执行标准

1.《工程测量规范》（GB50026-2007）;

2.《岩土工程监测规范》（YS5229-96）;

3.《金属非金属矿山安全规范》（GB16423-2006）;

4.《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）;

5.《尾矿库在线安全监测系统工程技术规范》（GB51108-2015）;

6.《中、短程光电测距规范》（GB/T16818-1997）;

7.《國家三角测量规范》（GB/T17942-2000）。

四、外业观测

1.TS60全站仪（0.5″）设站方式选择“已知后视点”，在已知点上设站，测量一个已知目标点设置定向。设定新建测站点的点号坐标;照准后视点设置测站定向。

2.TS60全站仪具备自动执行多测回测角的功能。选用“多测回测角（中国版）“功能，选择进入测站设置界面，选择新建作业。在此界面输入测站点号、观测测回、仪器高度，测量方式设为自动，输出文件格式为obs格式。

3.目标重测次数设为3，即自动观测时对每个观测点测量3次取均值。超限重测次数设为10，在观测过程中仪器会自动计算检查是否超限，若发现超限则立即重新观测，直到观测数据合格或重复观测次数达到10次。各个限差数值也可在此界面设置。

4.设置完成后需进行一次手动学习测量。在学习测量界面输入目标观测点的点号及目标高后照准棱镜测存即可。如果棱镜数量充足，同一测站学习测点的数量没有限制，可点击【点列表】选项核查以保存的点。

5.学习测量完成后即可进入自动测量界面开始测量。数据查看界面可查看已完成作业的部分测量数据，详细数据需经过内业解算后可查看。

五、内业处理

1.使用徕卡多测回数据管理程序进行内业处理。新建作业并导入测量数据，此时弹出【测站信息】对话框，完成填写后点击确定。

2.程序下方可查看各测回中观测点的详细观测结果，其中平距和高差需要使用【斜距倾斜改正】和【高差计算】功能计算得出。各项观测精度指标如下图2所示。

3.点击【多测回数据分析】启动徕卡多测回数据分析程序。点击【平差设置】设置椭球投影和计算方式。

点击【数据平差】弹出【数据平差】对话框。插入已知点GP01、GP02，已知类型选择全部已知，选好需要平差的作业及周期，即可计算并生成平差结果。

利用成果功能可导出外业观测手簿与平差结果。如图2-图5所示

六、精度分析

根据智能全站仪对尾矿库进行监测，测量主要方式选择极坐标方法，通过角度、距离测设点展开具体的位移平面位置监测。参考图6示意图，其中平面控制点以A、B为主，由此得到示意图测量坐标，分别为A（xA，yA）与B（xB，yB）。图6中监测期间所出现的特征点变化，主要表现在P、Q、R、S几方面，由此得到变形特征坐标，分别为P（xp，yp）、Q（xQ，yQ）、R（xR，yR）、S（xS，yS）。

随后根据测量情况展开计算，具体过程如下：

随后对两者的夹角进行计算，计算过程为：

根据夹角计算与已知条件，展开水平距离计算，计算过程如下：

计算公式中，表面位移监测的角度为α、β，已知的测点距离为DAP。根据甘肃省礼县石桥镇马泉金矿尾矿库表面位移监测具体情况，在徕卡第五代测量机器人TS60全站仪观测辅助下，及时得到位移变形的相关数据信息，并且迅速整理后将信息传输至监测平台，随后计算表面位移所产生的变形量，实时公布位移数据

精度分析工程中，选择甘肃省礼县石桥镇马泉金矿尾矿库监测中的顶端面作为主要研究区域，其中观测周期与时间具体信息详见表1。

根据监测模型变化以及数据波动发现，该尾矿库顶端面区域，位移变化趋势以及拟合度具体如下：

变化趋势y=-0.02x2+0.982x+9.355，拟合度0.929。

结合监测计算数据可以发现，随着尾矿库顶端面区域的逐渐位移，变化趋势出现明显波动，有原有的变化趋势转变为y=-0.008x2+0.654x+10.39，并且拟合度由0.929变为0.906。由此看出，尾矿库表面位移的监测至关重要，能够帮助监测人员对变化规律加以掌握。其中平面位移变形量与竖向下沉之间呈正比例。12周的监测观察，变形量数值变大，竖向下沉数值变大。不仅如此，智能全站仪的支持下，智能监测系统增加了多样报警功能，根据在线监测情况，利用声光或者短信等方式，迅速将监测情况上报到信息处理平台。系统接收到报警信息后，及时尾矿库展开复核，经过反复测量，发现变形情况与上报数值相同。着手对位移原因研究，发现主要因为子坝堆积，机械施工期间，尾矿库受到影响而出现变形。虽然尾矿库处于变形位移状态，但是也表明，坝体在不断维护中，变形趋势得到明显改善，同时从固结稳定角度分析，坝体的状态逐渐好转。

由智能全站仪监测下的尾矿库表面位移变化趋势研究与精确分析，对坝体位移有更全面的掌握。尤其是位移变形曲线方面，结合拟合度百分比，去判断纵断面变形、尾矿库坝体变形是否一致。智能全站仪对于位移变形方面的监测分析是准确的，不仅将表面位移变形规律客观呈现，同时也从多角度去了解坝体位移情况，方便管理人员对尾矿库的管理。尾矿库表面位移监测期间，提高监测精准度，实现实时、在线、全天候对表面位移情况进行监测。通过自动目标识别的方式，明确表面位移监测点，对位移变形等状况全面覆盖监测，并且智能跟踪，由此来实现智能全站仪监测的目的。

七、结论

经过该尾矿库表面位移观多次的观测数据分析发现，利用徕卡0.5″TS60可靠，能够及时预测坝体的变化趋势，满足了尾矿库表面位置监测精度及生产生活需要，经济效果良好。对于尾矿库来讲，管理人员想要直观、全面的了解尾矿库情况，表面位移监测是重要手段。尾矿库监测系统积极应用智能全站仪在，不仅实现了实时监测，同时为管理人员对尾矿库的管理提供了帮助。从多方面对危险因素进行排除，科学调整尾矿库的安全风险等级，为事故预防方案制定提供更多参考。

尾矿库表面位移由智能全站仪的监测下，积极完善监测基准网，并且搭配变形监测数据统计与检算，及时对变形数据监测信息统计、整合等过程进行优化，明确出现表面位移变形的原因，直观观察表面位移变形趋势。根据尾矿库实际情况，采取有效手段提升其安全等级。综上所述，智能全站仪在尾矿库表面位移中的应用，不仅作用显著，还具有非常广阔的应用空间，这对尾矿库表面位移监测管理與智能全站仪的发展前景等都具有重要意义。

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