GNSS系統在礦山采空區地質災害監測中的應用

（湖南省地質礦產勘查開發局四0八隊，湖南 郴州 423000）

對于地質災害防治來說，變形監測是災害預測預報信息獲取的一種可靠手段，將GNSS系統應用在礦山采空區地質災害監測中，一方面是GNSS自動化監測技術發展越來越滿足地質災害監測的需求；另一方面也是構建自動化災害監測體系的必然需求，加強研究GNSS系統在地質災害變形監測中的應用是極為必要的。

1 礦山采空區地質災害的GNSS測量方法

GNSS即為全球導航衛星系統，是指以衛星為載體對地面上的用戶進行定位導航的技術，其組成包括全球系統、區域系統和廣域增強系統三個部分。

GNSS系統的定位原理為：利用衛星提供的已知空間坐標，基于測距交會原理對地面上的物體的三維坐標進行測定；GNSS系統的測量過程中均是在WGS-84坐標系統下實施的。

在礦山采空區地質災害監測中應用GNSS系統時，由于受到區域環境等因素影響，通常采用差分技術來確保系統的監測精度，具體操作方式為：在不受地質災害影響的范圍內布設1臺GNSS接收機，在易發災害區布設若干個監測站，利用差分技術對觀測測量獲取的數據進行處理，這種操作可有效提高監測精度。

2 實例分析GNSS系統在礦區地質災害監測中的應用

2.1 GNSS監測網點布設分析

針對大范圍的礦區地質災害監測，有必要建立GNSS基準網，且基準網需與待檢測區地理范圍相適應；對于規模較小的常見礦區地質災害，由于單個基準點就可以提供較高的監測精度，考慮到成本費用，通常采用布設獨立基準點的方式，無需構建GNSS基準網；在布設基準點時，應綜合考慮基準點穩定性和消除相關性誤差這兩個方面；在選點工作中，盡可能遠離會對點位造成強干擾的位置等。

根據現場踏勘，在設計圖坡體后緣和中部有裂縫帶，選擇采空區易發生裂縫處SP01處設置一套遠程自動監測系統主機點SP01，在坡體中部設置一套GNSS接收機GN01；另外在坡體后緣和中部設置三套裂縫計LF01-LF03和一套激光測距儀JG01，組建一套自動監測系統（圖1）。

圖1 監測系統布設示意圖

2.2 監測精度

地表位移監測的平面位移監測精度按照《建筑變形測量規范》所列二等精度指標施測，具體精度指標見表如下：

沉降監測點 位移觀測 適用范圍測站高差中誤差（mm） 坐標中誤差（mm）≤±0.5 ≤±3.0 重要場地監測

根據規范要求，GNSS監測系統的精度情況如下表：

序號 監測項目 監測儀器 系統精度1 GNSS監測 固定GNSS接收機水 平：±（2.5 mm + 0.5mm/km×d）;高 程：±（2.5 mm +0.5mm/km×d）2 滑坡表面位移監測 滑坡裂縫計 ±0.2mm 3 激光測距監測 激光測距儀 ±1.5mm 4 視頻監控 視頻一體機 焦距16mm

3 地質災害監測GNSS測量模式和精度提高措施

3.1 GNSS測量模式選擇的原則

GNSS測量模式主要分為靜態測量模式和動態測量模式，這兩種測量模式的區別在于觀測時長和測量精度，在礦山地質災害預警監測中應綜合考慮觀測時長和測量精度的影響，確保選擇的測量模式能更好的適應地質災害監測過程。

在選擇測量模式時應堅持以下原則：①在初始階段，由于地質變形速率較低，可考慮選擇靜態測量模式，但在測量過程中應減少監測時長、增加觀測頻率；②勻速變形階段，變性速率低且穩定，宜采用GNSS靜態相對定位模式，并在測量過程中增加觀測時長、減少監測頻率；③在進入加速變形階段后，變形速率大，動態測量模式因其較高的監測頻率和較短的監測時間，更適用于加速變形階段。

3.2 提高采空區地質災害GNSS測量精度的措施

3.2.1 星歷誤差

星歷誤差主要是指衛星坐標和衛星實際位置的差異值，影響誤差的因素包括地面控制站的定軌質量、分布及數量等。在礦區地質災害監測的過程中，為了進一步滿足監測精度，通常采用精密星歷，其可為幾千米甚至達到10km的基線提供亞毫米級的測量精度。

3.2.2 電離層

GNSS信號從衛星發射到接收機接收的過程中，信號傳播速率通常會受到電離層折射率的影響而發生變化，通常將衛星到接收機的距離記為光速和傳播時間的乘積，以減少電離層折射誤差的出現。

3.2.3 多路徑效應

常見的GNSS定位誤差包括接收機天線的對中誤差和多路徑效應誤差，一般采用在觀測墩上安裝強制對中盤的措施來控制接收機天線對中誤差，且基本能將該誤差控制在1mm～3mm。

若接收機位于一些地域條件較差的區域時，多路徑誤差可達到19cm左右，而這一現象直接與接收機性能所處環境下地物對衛星信號的反射系數相關。

通過情況下，在衛星信號頻率固定的情況下，礦區周邊自然環境對衛星信號反射能力較弱，而水面對衛星信號具有較強的反射作用，基本不會造成能量損失，測量精度有所保障。

4 結語

從全文的分析內容可總結出以下幾點：①GNSS技術可在地形復雜、遮蓋物較多的地區充分發揮優勢，觀測精度高；②選擇適宜的測量模式，可將礦山采空區地質災害特征全面反映出來，測量布設數量可結合地質變形特征適當減少，以提高作業效率；③在地質災害變形情況不明的條件下，應展開應急變形監測作業。將GNSS技術應用到礦山采空區地質災害監測中，對地質災害的預防預報、減少經濟損失等具有重要意義和作用，可在地質災害和工程實際中予以推廣應用。

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