基于GNSS技術的尾礦庫在線安全監測預警系統

張 琳 李英芹

（蘭州資源環境職業技術學院，蘭州 730020）

基于GNSS技術的尾礦庫在線安全監測預警系統

張 琳 李英芹

（蘭州資源環境職業技術學院，蘭州 730020）

基于 GNSS技術的尾礦庫在線安全監測預警系統采用計算機、網絡、測控、地理信息等現代高新技術，通過采集尾礦庫與安全相關的動態信息，實時監控尾礦庫的運行，從而形成一種信息化、自動化的新型現代安全監控系統和全方位的安全管理與控制自動化決策平臺。

尾礦庫；變形測量；預警系統；GPS

1 引言

尾礦庫的安全關系到其影響區域內人民生命財產及環境的安全，長期以來，由于尾礦庫管理監測監控系統不完備、監測監控技術落后、專業監測人員缺乏等原因，許多尾礦庫處在無檢測監控狀態，少數在檢的尾礦庫運行參數檢測誤差大，監管部門難以及時掌握尾礦庫各項安全技術指標，這些都極大影響尾礦庫的安全管理。中海達基于GNSS技術的尾礦庫安全監測監控系統對于加強尾礦庫的安全監管，掌握尾礦庫的安全現狀，減少尾礦庫的事故發生具有重要意義。該系統通過分布在尾礦壩的各種感應器等設備進行全自動監測監控，，實時在線掌握各種監測數據的變化，一旦發現不正常現象將立即提出警示，評估結構的可靠性，為尾礦庫的管理與維護提供精確及時的數據依據。

2 系統基本結構

尾礦庫在線監測預警系統由數據采集、數據傳輸、數據處理、分析預警、綜合管理等五個子系統組成，其主要功能有：

（1）綜合管理系統：可有效進行用戶管理、數據管理、系統運行管理，確保系統運行安全和數據安全，靈活方便的參數設置可實現被監測對象的狀態在本地或遠程瀏覽、數據在本地或遠程下載以及數據共享等。

（2）數據采集系統：數據采集系統由基準站、監測站以及包括野外電源和防雷裝置組成的保障支持系統組成。采用多星多頻高精度GNSS模塊，對變形體的實際性狀實施高精度、實時、連續、自動監測，運用靜態和動態相對定位兩種數據處理方法，為判斷變形體安全提供必要的信息，確保數據采集準確。

（3）數據傳輸系統：可采用 RS232、有線/無線Modem、TCP/IP、GPRS無線、CDMA無線、3G無線、UHF無線電臺、無線網橋或其他無線網絡等方式，組建方便靈活的數據傳輸系統，其不僅支持野外就地拖拽式下載，還能實現遠程實時數據流傳輸和文件包下載。

（4）數據處理系統：系統可進行長時間連續實時數據處理，數據解算采用先進的卡爾曼濾波集成單歷元整數解算法，定位精度達到毫米級，確保系統運行穩定及數據的可靠性。

（5）分析預警系統：監測預警系統的數據分析處理能力強大，分析角度多、手段豐富，能計算三維位移分量及各向變形速率，自動生成變形歷時曲線、變形分布圖和多因素相關圖；能根據實地地形數據生成三維仿真圖形，并生成變形場等高圖和漸變色譜圖以及變形場實體任意剖面圖；能綜合其他相關監測數據進行初步綜合分析與簡單評價；能根據預設警戒值進行風險判別并能實時以網頁、短信、語音電話、警報聲音、大屏幕顯示等形式進行多渠道狀態信息和預警信息的發布。系統基本結構如圖1所示。

圖1 高精度實時在線監測預警系統結構

3 系統功能及特點

3.1 系統功能

（1）系統1.5小時連續監測尾礦壩的水平精度優于±3mm、垂直精度優于±5mm，完全滿足尾礦壩監測精度的要求。

（2）系統能夠進行長期、穩定、不間斷運行，真正做到無人值守，操作簡便，勿需進行手工重復勞動，可以節省大量人力物力。

（3）能實現最高20Hz的高速數據采集，關鍵時候能完美監控變化過程的細節。

（4）具有遠程數據傳輸、遠程狀態瀏覽、遠程系統設置以及數據管理、用戶管理、安全管理等功能,網絡通訊方式靈活，系統自動化程度高，可以方便實現遠程控制、遠程監測、遠程數據下載與共享。

（5）能根據實地地形數據生成三維仿真圖形，根據變形監測數據生成實體變形場等高圖、任意剖面圖，這是傳感器類、聲納類、光波類、影像類、頻譜類監測手段不可比擬的。

（6）能對變形監測數據進行初步分析與簡單評價，并根據數據的危險程度采用短信、網頁、郵件、聲音、大屏幕等方式和渠道進行分級發布，預警信息的發布方便靈活。

3.2 系統特點

高精度實時在線監測預警系統具有監控目標明確、系統結構簡單、檢測流程清晰、服務功能完備等特點。系統數據可靠、運行穩定，既能準確表達監測點的工作狀態，也能對相關數據進行分析并提出初步風險評價，還能多渠道多形式適時分級發布預警信息，為運行單位隨時隨地掌握工程結構安全和決策部門在關鍵時刻的決策分析提供了堅實的技術支持與信息參考，具體特點有：

（1）數據采集快：輕松實現高達20Hz連續高速實時的精密數據采集。

（2）監測精度高：算法先進，能運用小波精密分析法對數據進行分析處理，實現單歷元毫米級高精度連續解算。

（3）硬件層次少：系統組成簡單、結構清晰、運行穩定、維護方便。

（4）分析手段多：能計算三維位移分量及各向變形速率，能自動生成變形歷時曲線圖、變形空間分布圖、多變量相關圖，能根據實地地形數據生成三維仿真圖，并能生成實體變形場等高圖或漸變色譜圖及其任意剖面圖。

（5）信息發布快：能對變形監測數據進行初步分析與簡單評價，并能根據預設警界值和實測值進行對比判別，及時進行多渠道多形式預警信息或狀態信息的發布，隨時隨地掌握運行狀態，真正實現遠程監控和無人值守。

（6）應用范圍廣：本監控系統不僅能應用于各類尾礦庫實時安全監控,還可以在滑坡地質災害監測、高邊坡、高剪力墻、港口、船塢、礦山、水庫大壩以及江河堤壩監測、大型橋梁場館和高層建筑健康監測中廣泛應用。

4 系統組成

系統由庫區監測終端、網絡通信系統、監測數據處理服務中心、預警發布系統四部分組成，如圖2所示。監測系統的典型配置方案有定期經濟型、永久基站型、分體網絡Ⅰ型、分體網絡Ⅱ型、一機多天線系統等五種形式，以滿足不同現場的需要。

該系統是全天候、全方位的，可以不受時間、氣候的影響，建立尾礦庫安全監控、安全分析評價，安全預警，安全指揮管理系統，對尾礦庫的安全狀態進行實時的監測、分析與預報，能確保尾礦庫的安全管理，同時，提高安全監管部門對尾礦庫安全管理這方面的能力，有效避免尾礦庫事故的發生。

圖2 基于GNSS技術的尾礦庫實時在線監測預警系統組成

5 結論

通過進行數據采集、存儲、分析、管理等操作，對尾礦庫風險性進行安全評估和預警，是實現尾礦庫監測預警的有效途徑，建立便于尾礦庫運行期安全管理和潰壩風險綜合評判方法為全面提升尾礦庫安全監管和日常管理水平，增強企業、社會、政府對于尾礦庫災害的預警響應能力奠定堅實基礎，。實踐證明，基于GNSS技術的尾礦庫在線安全監測預警系統技術成熟、性能穩定、投資經濟，目前已成功應用于尾礦壩變形監測，在滑坡地質災害監測、礦山邊坡變形監測、礦山采空區沉陷監測、海涂吹填區沉陷監測、水庫大壩變形監測、堤防渠道變形監測、深基坑及周邊影響區變形監測、大型橋梁健康監測、高層建筑及大型場館健康監測等領域，應用前景廣闊。

[1] 尾礦庫安全監督管理規定.國家安全生產監督管理總局令第6號.2006.4.21.

[2] 王峰.淺談尾礦庫在線監測技術[J].中國高新技術企業,2010(30).

[3] 尾礦庫安全技術規程(AQ 2006-2005). 國家安全生產監督管理總局. 2005.12.7.

[4] 李忠奎.尾礦庫潰壩監測預警系統設計研究[J].有色金屬,2008(11).

The Research about the Monitoring and Warning System of Online Security which was Based on GNSS Tailing Pond Technology

Zhang Lin Li Yingqin
(Lanzhou Resources and Environment Voc-Tech College, Lanzhou 730020)

A variety of modern High－Tech is Using the monitoring and warning system of online security, which was based on GNSS tailing pond technology.Through the collected dynamic information and related to security of tailing pond bases, the operation of tailing pond bases is real-time monitoring ,thus forming a kind of information, automation of the new modern Safety monitoring system and a full range of security management and control of automated decision-making platform.

tailing pond；deformation survey；Pre-Alarm System；geographical positioning system

張 琳（1964-），甘肅蘭州人，蘭州資源環境職業技術學院采礦工程系主任、教授，研究方向：礦山安全。