GNSS技術(shù)在礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用

鄒冠華

（湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 株洲 412006）

隨著我國科技的不斷發(fā)展，全球?qū)Ш蕉ㄎ患夹g(shù)GNSS也在日益成熟，并被廣泛應(yīng)用在礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測和山體滑坡監(jiān)測方面。GNSS技術(shù)與傳統(tǒng)的GPS定位系統(tǒng)相比，其主要是針對因礦山開采所產(chǎn)生的地質(zhì)災(zāi)害，通過區(qū)域增強(qiáng)系統(tǒng)和全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測，為探究和預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害提供了重要的動態(tài)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，從而推動我國在GNSS技術(shù)上的進(jìn)一步發(fā)展。

1 礦區(qū)山體變形監(jiān)測概述

因地質(zhì)災(zāi)害所導(dǎo)致的山體變形監(jiān)測可通過兩種方式進(jìn)行，一是對副井井筒錯縫間距進(jìn)行，二是在易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的山體上選擇具有代表意義的監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，在發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害山體外地質(zhì)穩(wěn)定地段選擇一個基準(zhǔn)點(diǎn)、一個后視點(diǎn)，選擇9個變形監(jiān)測點(diǎn)，采用GNSS控制網(wǎng)監(jiān)測進(jìn)行監(jiān)測。

GNSS控制網(wǎng)監(jiān)測和近景攝影測量觀測以及地面大地測量常規(guī)觀測等，是滑坡監(jiān)測中最常用的手段。水準(zhǔn)儀和全站儀是大地測量常規(guī)觀測中主要依托的設(shè)備，高程數(shù)據(jù)與人工采集監(jiān)測點(diǎn)二維的缺點(diǎn)就是，不僅高程與數(shù)據(jù)平面無法實(shí)現(xiàn)同時采集，還存在安全系數(shù)低的問題；近景攝影測量精度比較適用于粗精度觀測，主要原因是受到攝影經(jīng)緯儀焦距和縱向距離的影響；而近年來被廣泛應(yīng)用于礦山地質(zhì)災(zāi)害所引起的山體變形監(jiān)測中的GNSS觀測技術(shù)，具有動態(tài)精度高和布網(wǎng)靈活的特點(diǎn)。

2 觀測法具體條件對比

大地測量法監(jiān)測范圍比較大，而且對礦區(qū)地表變形的范圍有較高的精準(zhǔn)度，不僅可以對邊坡區(qū)域的絕對位移量和區(qū)域變形過程進(jìn)行監(jiān)測，還能監(jiān)測到邊坡區(qū)域的信息，其具有操作靈活和精準(zhǔn)度高的特點(diǎn)。但是其連續(xù)觀測性比較差，主要是受地形和天氣等外界條件的影響。

比如在山體位移量比較大的情況，由于精準(zhǔn)度比較低，所以在監(jiān)測過程中應(yīng)用近景攝影測量法時，需要采用多各切換方式，并且只局限于小范圍監(jiān)測，對遠(yuǎn)景監(jiān)測的效果不夠顯著。GNSS監(jiān)測法，不僅要利于監(jiān)測優(yōu)化、操作簡單，還要克服天氣等外在因素，做到無需要通視且監(jiān)測時間長，目前在我國滑坡變形監(jiān)測中，已經(jīng)廣泛應(yīng)用了GNSS觀測技術(shù)，其不僅有明確的周期性，更加清楚整體監(jiān)測效果，還可以有效提高滑坡應(yīng)急監(jiān)測效率，并在短時間內(nèi)表征監(jiān)測的變化。

精度的要求，在山體變形監(jiān)測中，由于礦山地質(zhì)的不同來直接決定。地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生過程中，地表裂縫的觀測誤差為0.5mm，垂直位移監(jiān)測高程中差3mm，水平位移監(jiān)測點(diǎn)中誤差為6mm；垂直位移監(jiān)測高程中差10mm，水平位移監(jiān)測點(diǎn)在礦區(qū)山體土質(zhì)變化精度中誤差12mm，地表裂縫的觀測誤差為5mm內(nèi)；監(jiān)測周期要綜合考慮的因素不僅是上面我們說的精度要求，還要考慮變形速率和地質(zhì)條件以及測物的特征。

對災(zāi)害易發(fā)生區(qū)域進(jìn)行監(jiān)督預(yù)防需要采用多種不同方式，并且觀測周期盡量與方法一致，并監(jiān)測儀器和環(huán)境大體的相同；在監(jiān)測范圍內(nèi)選擇監(jiān)測點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況，形成一定的監(jiān)測網(wǎng)，不僅可以達(dá)到理想的監(jiān)測效果，還可以全面性評估其整體的地理位置。

3 GNSS技術(shù)在滑坡監(jiān)測中的應(yīng)用探究

中海達(dá)V30接收機(jī)與TS09全站儀在山體變形監(jiān)測中，是最常規(guī)的監(jiān)測儀器。中海達(dá)V30接收機(jī)測距精度為2.5mm+1×10-6d，TS09全站儀的測距精度為1.5mmm+2×10-6d，測角精度為1″。例如：在山區(qū)不但山高林密，而且雨霧天氣頻繁，所以在地區(qū)的監(jiān)測中，對監(jiān)測儀器的選擇上面，常規(guī)的監(jiān)測方法已經(jīng)無法在適用，并根據(jù)對精度的要求以及個體分析的測量成果，最終在監(jiān)測儀器上選擇了中海達(dá)V30接收機(jī)，根據(jù)工程的實(shí)際情況，其監(jiān)測要求為：動態(tài)監(jiān)測點(diǎn)12個和土體含水率計(jì)3支、GNSS基準(zhǔn)站1個以及布設(shè)雨量計(jì)1套；土體含水率計(jì)分別埋深于土體表層下，并在附近相對穩(wěn)固的監(jiān)測站內(nèi)設(shè)置了基準(zhǔn)點(diǎn)，用于測定山體災(zāi)害穩(wěn)定間和降水量的相關(guān)性，重點(diǎn)監(jiān)測在監(jiān)測儀器的整體選擇過程中，對變形區(qū)域多安置的儀器，并評估其變形狀態(tài)，主要累計(jì)從傾伏角和變形方位角以及平面位移等方面，累計(jì)傾伏角和變形方位角以及累計(jì)平面位移，以此來實(shí)現(xiàn)最好的監(jiān)測效果。

通過八個月的監(jiān)測數(shù)據(jù)，雨季變形量比較大，且屬于穩(wěn)定型災(zāi)害，降水后約兩周經(jīng)應(yīng)力調(diào)整又趨于穩(wěn)固，秋季山體監(jiān)測點(diǎn)整體變化速率較小，且體形變量不大，后期傾伏角在2.7度左右，相對比較穩(wěn)定。在后期進(jìn)行分析時，可以針對采集到的山體變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，運(yùn)用非線性滑坡問題通過模型參數(shù)進(jìn)行處理，有助于科學(xué)預(yù)測礦區(qū)山體形變特征，非線性回歸分析和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及灰色GM模型等是常用的建模方法，以此來實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的擬合分析；建立地質(zhì)災(zāi)害自動化GNSS動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，在控制技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸以及電子傳感器的逐漸應(yīng)用中特點(diǎn)重要，在主控中心通過GNSS動態(tài)采集數(shù)據(jù)三維傳輸、坐標(biāo)，并實(shí)時展示和輸出完成的數(shù)據(jù)，不僅對滑坡監(jiān)測系統(tǒng)自動化水平進(jìn)行了有效的提高，還根據(jù)閾值實(shí)現(xiàn)了快速預(yù)警播報(bào)。

4 結(jié)語

綜上所述，本文深入探討了礦山地質(zhì)災(zāi)害導(dǎo)致山體變形預(yù)報(bào)技術(shù)與變形監(jiān)測，并詳細(xì)分析了GNSS控制網(wǎng)監(jiān)測和近景攝影測量觀測以及大地測量常規(guī)觀測等手段，有效探究了在災(zāi)害監(jiān)測中應(yīng)用GNSS觀測技術(shù)，然后從監(jiān)測點(diǎn)、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的監(jiān)測周期和滑坡監(jiān)測技術(shù)的精確性進(jìn)行了論述；并且對山體變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理，提出了非線性回歸分析和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及灰色GM模型等應(yīng)用方法，以此來有效提高變形監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)測的準(zhǔn)確率。