边坡监测预警系统在露天矿地质测量中的应用

张 先

现阶段我国已经将监测预警技术应用到相关行业的地质测量中。然而，在社会发展的背景下，传统的监测技术方式在测量精准度以及范围上会受到外界因素的干预和影响，难以满足现代化发展的需要。因此，针对边坡监测预警系统进行研究具有重要意义。

1 案例概述

边坡的稳定性直接关系到很多行业的安全与生产问题，是露天矿工程材料收集以及后续生产过程中非常关键的部分。若边坡结构出现不稳定的状况，不仅会影响到露天矿等相关行业的挖掘和生产，降低经济效益，还会对工作人员的人身安全产生一定的威胁。此外，边坡稳定性会对周围的环境造成影响，很多滑坡、泥石流出现的原因便是边坡结构存在问题而导致岩石脱落，这会对周围的居民以及环境造成非常恶劣的影响，因此相关行业在进行工作之前，必须要进行实地数据的勘测，并将此勘测工作贯彻于整个工程中，尽可能地针对边坡的实际情况进行加固和治理，防止由于边坡破坏造成恶劣影响。在社会发展的背景下，我国已经在很多行业开展信息化技术的应用。然而对于边坡监测来讲，传统的监测方式依旧以人工检测为主，不仅耗时长，还难以保证精准度，一旦遇到暴雨或其他恶劣天气，便会对数据产生极大的影响。鉴于此情况，本文将以金正泰露天矿项目为研究案例，对GNSS边坡自动化监测系统以及合成孔径雷达系统进行详细的分析，以此为我国相关行业的长远发展提供借鉴。

金正泰露天矿项目某边坡区域，其边坡最高标高超过1250m，底部最低标高则达到1038m及以上，整体高度差达到222m。此外由于在地形上露天矿区域与外部排土场形成了复合边坡，导致露天矿边坡稳定管控难度有所提升，因此工作人员必须要利用监测系统进行数据的收集，以此加大对边坡实际情况的了解，进而为后续工作方案的制定以及生产提供数据支持。

2 边坡检测预警系统种类以及地质测量中的应用

2.1 GNSS边坡自动化监测系统

GNSS边坡自动化检测系统是现代化发展的重要产物，能够有效地结合数据分析、计算机技术、通信网络、传感器应用等多项技术，现阶段已经成为了信息化数据监测的重要系统之一。在系统设计前期，设计人员为了能够兼具多项功能，提升系统应用范围，对整个系统进行了单元划分，主要包括以下几个方面：GPS数据收集、信号应用通信、数据归纳与处理、管理控制单元、危险预警等。此外，在软件前期设计中，技术人员运用了大量的数据平台软件，例如HCmonitor、HCmas等，能够为系统的预警监测提供支持。

对于边坡自动化监测系统来讲，每一个子系统都能够提供不同的功能。传感器系统是现代化监测系统中非常重要的系统之一，能够利用GPS定位等技术，实时地为管理人员监测边坡的动态数据以及状况；而移动通信系统则可以通过传感器的使用进行信号的传递和接收，配合传感器系统的应用，保障信息通讯的稳定性与精确度；数据处理控制系统能够在接收到数据信号之后，归纳总结并整理相关数据，及时地对数据进行在线危险预警；避雷系统的使用是为了保证整个监测系统设备的安全和稳定，尤其是在边坡地区，由于高度较高导致该区域极易受到雷电等情况的影响，不仅会对设备造成严重的损坏，还会造成人员伤亡以及其他安全威胁，因此避雷系统中设计了直接雷和感应雷的两种防护装置，可以第一时间对系统进行保护，降低雷电对目标区域的影响；预警系统是监测系统中最为重要的系统，可以对以上单元提供的数据和信号进行数值的计算，并帮助管理人员监控目标区域的实时动态信息，当数据出现异常时会第一时间对管理人员和技术人员进行预警。

金正泰露天矿项目为了能够更好地进行动态监测，分别在边坡的东坡面1240平盘以及西坡的1166平盘设置了八个动态监测设备，以此扩大监测范围，提高信息的精准度。在具体应用中，GPS会对实地状况进行信息的收集，并利用单元控制将数据传送至主控制监测平台，而管理人员则可以在计算机显示器上直接查看动态趋势变化图以及不同点位的变化趋势，进而全面地了解边坡状况的动态信息。若发现动态趋势变化超过额定限额，则该系统会直接进行信息警告，确保边坡结构的安全性。

2.2 合成孔径雷达扫描系统

合成孔径雷达扫描系统也是近几年来露天矿工程项目使用较广的监测系统之一，该系统可以24h进行持续监测，并利用微光处理的仪器进行场地区域的抓拍摄影，是现代化检测系统中非常重要的一种手段。与传统的GPS动态摄影等监测技术相比，合成孔径雷达扫描系统可以在动态监测的基础上进行定点监视，配合相关仪器的操作和使用，能够对地表的数据进行实时收集和分析，从而有效地保证工人工作的安全性。此外，这种技术在使用过程中，可以保证数据的精准度，降低数据误差。

此外，在GNSS系统运用的基础上，技术人员在西部边坡采用了合成孔径雷达扫描系统。雷达系统的设置主要分布在边坡的最高点，能够以俯视角9°的形式进行信息采集，每一次数据采集间隔为25min，可以监测在设备区域1300m以内的全部范围。此外，为了能够保证系统的运行状况，了解系统在使用过程中的不足，技术人员对合成孔径雷达系统的应用进行了每日的登记。登记记录显示，在2020年6月1日～7月1日，由于断电等外在因素影响，该系统出现了1次停止运行，且在整个系统运行过程中进行了八次黄色预警，这也为系统的后续研发和创新提供了有效的数据支持。

2.3 其他技术分析

IBISM监测系统也是近几年来非常常见的一种边坡自动化监测系统，主要融合了四项现代化技术，包括连续探测、合成孔径雷达、数据测量以及信息传递，可以对边坡的位置进行动态的监测和分析，最终自动化形成监测报告。该系统主要由以下几个子系统组成：首先是雷达控制设备，此设备是监测系统中非常重要的部分，能够接收和传递16Hz的波频；其次是动态扫描系统，可以对区域进行连续扫描，保证扫描情况可以覆盖全部目标。最后是数据记录与处理模块，该模块运用到了多种现代化软件，可以对采集到的数据进行实时分析，并将最终的信息传递给主系统计算机中，而计算机则会根据数据分析的情况，形成对应的动态曲线。此外，动力模块是为整个系统运行提供动力支持的重要部分。通常会使用光能、太阳能以及柴油发电机进行供能，若工作范围或工作时间较长，技术人员还可以为动力系统增设蓄电池，增设数量则需要根据实际情况进行选择，进而保证监测系统的连续性。在系统应用过程中，工作人员会对北坡进行系统的设置，并利用无线信号传输的形式对信息进行传递。当信息数据存在异常时，系统会自动地根据异常情况进行五个级别警报的预警，若在预警的过程中，发现边坡的动态变化速度超过了预警的限制，则会直接进行红色预警，帮助管理人员及时的针对情况进行规划和管理。对于系统监测来讲，边坡位移的变化是非常重要的影响因素，而此系统可以根据动态变化的范围进行颜色的区分，若位移较小，系统数据变化曲线的颜色较浅，若位移情况较为严重，便会用更加深的颜色体现数据的动态曲线，以此帮助工作人员迅速了解边坡的相关数据，及时地判断边坡稳定性和结构状况，降低出现事故的可能。该系统在使用的过程中，需要与标准数据进行一一核对，进而判断是否产生异常情况，因此在进行露天矿的动态测量时，工作人员需要加大对标准值的更新，以此降低数据的误差，为系统的应用效果提供支持。

3 监测情况分析

3.1 变形整体分析

在对目标区域进行边坡情况实时动态监测的过程中，技术人员发现在2020年5月，目标区域的变形数值最高为173.4mm，而最低值为-105.7mm。此外根据整体动态数据情况来看，监测数据的变形值处于-2.7mm～31.6mm之间，由此可见，目标区域的变形情况较小且整体结构较为稳定。

根据2020年6月的数据分析显示，该月的目标区域变形值最高值为63.4mm，下限值为-207.8mm。在六月份总体的数据分析中显示变形范围处于-48.6mm～7.3mm之间，范围较小，因此六月的监测情况较为稳定。与此同时，相比于之前的动态数值状况，六月份的变形最高值小于五月数值，且总体数据的上限值也小于五月的数值。由此可知，目标区域边坡结构的稳定性有所上升。

3.2 重点区域分析

为了能够更加全面地掌握区域的动态变化数值，技术人员对动态数据进行了重点区域的筛选，挑选出了两个变形情况较为严重的区域作为后续工作中的关键。其中第一个区域位置处于露天矿西部区域的1178平方，整体范围面积为317m2。在对该区数据进行分析监测的过程中，技术人员发现最大变形值为13.7mm，而最小变形值达到了-189.7mm。通过对数据的分析计算，发现平均变形值为-79.6mm。由此可见该区域的变形范围已经达到-107.8mm～-26.5mm，动态变化范围较大，表明该区域的边坡结构稳定性相比于其他区域较差。

根据变化曲线分析，得出该区域存在两次变化趋势较为严重的情况，分别为6月1日的20时～6月7日的0时，变形数值从-16.3mm达到了-57.6mm,累计变化较大。而6月8日23时～6月10日0时，变形数值从-48.2mm变化至-107.3mm。由此可见，在这两个时间段范围内，边坡的结构存在较为严重的动态变化。

第二个目标区域位于边坡东部的1200平方，整体面积为703m2，在动态分析数据显示中发现，该区域的最大变形数值达到了20.8mm，最小变形值为-179.6mm。在对数值进行精确计算和分析的过程中，得出该区域的平均变形值为-13.6mm，由此可知，在六月的时间范围内，该区域的变形范围较大，存在一定的风险。此外，在对监测曲线进行分析时，发现6月1日的0时～6月30日的23时变形值从最初的-15.6mm达到了-160.2mm，由此可见该区域在一个月的范围内动态数值变化较大。相关人员必须要加大对以上两个区域范围数值的关注，防止在后续的工作中出现安全隐患，造成严重的影响。与此同时，应继续进行长时间的动态监测进一步挖掘动态变化的内在规律，为后续的工作提供数据支持。

3.3 应用状况分析

根据六月份自动化监测系统的监测数据显示，2020年该月曾经有3天因为外在因素导致数据采集停止运行，一共产生了八次黄色预警，不存在危险红色预警，其中边坡的整体变化较为平缓，平均变形值为-48.3mm，且六月份比五月份监测更加稳定。

总而言之，利用现代化监测系统进行数据勘测能够减少人工检测方式中精准度低、失误率高、工作质量和效率低下的情况，因此在露天矿工程中应进一步加大GNSS自动化监测系统以及合成孔径雷达扫描系统的应用，并在应用过程中寻找工作重点，进而提升预警监测的整体质量。

4 预警系统的发展前景

4.1 推广应用情况

现阶段我国露天矿较多，且整体地形呈现不规则状况，因此在进行前期的数据勘测时，应有效利用自动化监测系统，实现动态监测的目的。此外，应进一步加大对信息化监测技术的推广，使更多的工程技术人员能够了解信息化技术的使用优势，这对于我国露天矿相关企业的长远发展来讲十分重要。目前准格尔旗已经有80%以上的露天矿项目开始使用自动化监测系统，且应用效果较好，能够满足预期的监测目标。

4.2 社会与经济效益

自动化监测系统对相关企业的发展具有重要意义。根据相关数据显示，近三年来某企业在进行生产的过程中，有效地运用了自动化监测系统，并在2018、2019、2020三年，分别提升净利润两百万、三百万以及一百五十万。此外，利用自动化监测系统的使用能够更加全面地掌握边坡的实际状态，可以帮助相关企业进行资源的回收，降低浪费，提升经济效益。根据数据显示，2018年某企业在生产过程中节约了两万吨的资源，这对于企业的长远发展和保护自然资源来讲具有非常积极的作用。此外，自动化监测系统的使用可以进一步促进我国产业结构的调整，促进第三产业的发展，有效地降低资源开发对周围环境的影响，保证居民的生活条件和环境，进一步提高了再就业的人数，实现了城乡居民一体化建设的目的。与此同时，利用自动化监测系统能够使工程在资源利用和使用方面更加符合集约化的标准，可以高质量地满足社会以及生态的环境需求。此外为了能够进一步提升企业的经济效益，相关企业在资源开发后，应第一时间对周围设施进行合理化建设，有效促进居民的生活水平，进而在企业发展的同时促进乡村振兴发展，为国家以及社会发展贡献自身的力量。此外，政府应该协同企业加大技术研发，并对现有的自动化监测系统进行优化与完善，结合实际情况加强声波检测以及其他形式监测的创新力度，进而在未来的技术使用中可以满足对土层以及更深层次的情况监测。为了能够满足这一需求，政府也要在加大资金投入的基础上进行人才引入，有效地为企业和相关技术研发机构提供专业性人才，可以使用校企联合的方式，促进人才向企业的引入。

5 结论

综上所述，监测系统的应用效果可以通过雷达等形式对监测区域进行数据模型的展现，帮助工作人员了解地质情况，避免在后续工作中产生安全隐患。此外，技术的应用可以大幅度地提升工作质量和效率，保证实地勘测的精准度，为我国不同行业的发展创造条件。为此，相关部门应进一步加大边坡监测预警技术的应用力度，加强技术研发，拓展应用范围，为我国行业发展创造条件。