GNSS技术在矿山变形监测中的运用之研究

GNSS技术在矿山变形监测中的运用之研究

张荣强

中国黄金集团内蒙古矿业有限公司

摘要：GNSS技术是矿山变形监测工作的重点，以现阶段矿山变形监测工作情况为基础，结合近年来GNSS技术的应用特点，明确GNSS定位的基础理论和测量方法，分析GNSS技术在矿山变形监测中的应用形式。

关键词：GNSS技术；矿山；变形；监测

矿山除了会受自身操作影响产生变形外，还会受自然灾害的影响出现变形。由此，矿山要设计周期性的变形监测工作。变形监测的实施有助于为矿山工作提供保障。同时因为GNSS技术具备高精度、高速度等优势，促使其在矿山变形监测中的应用越来越广泛。

1.GNSS定位的基础理论

卫星导航定位原理是说在应用GNSS测量时，导航电文与测距码通过GNSS卫星进行发射，通过路径传播，再依据地面上的GNSS接收器获取信号。同时跟踪测量卫星信号，明确卫星信号在传播途径中应用的时间。依据传播的时间与速度，明确测站点到GNSS卫星的距离。结合卫星的星历能确定GNSS卫星的空间瞬时坐标，最终依据距离空间交会的方式，估算出测站点的空间三维坐标。

现阶段全球卫星导航定位的方法有很多种，在应用中越发娴熟，如绝对定位、动态定位以及载波相位定位等，通常情况下，检测工作人员会结合工作目标、数据精确度、应用设施数量等内容进行判断，选择适宜的监测方法，其中依据应用的原始观测值划分可以分为两种，一种是伪距定位，另一种是载波相位定位；依据定位模式进行划分可以分为两种，一种是绝对行为，另一种是相对定位；结合卫星定位时，研究接收机的运动状态可以分为两种，一种是动态定位，另一种是静态定位；依据获取定位结果也可以分成两种，一种是实时定位，另一种是非实时定位。

2.变形监测的误差研究

GNSS测量误差主要受到三方面内容影响，其中包含来源卫星、导航卫星信号传播、地面接收设施。对于部分要求定位精确度高的测量工作而言，要想分析产生误差的原因，要从地球整体运动相对论的效应、地球潮沙等方面进行研究。将所有出现在导航定位系统中的误差依据性质进行划分，主要分为系统误差和偶然误差两种。而前者包含了卫星星历、大气折射等误差；后者包含了卫星信号的多途径效应、接收机观测值等误差。依据误差的大小及其对卫星定位结构的影响情况进行研究，系统误差要比偶然误差对定位的影响要大。由此，减少系统误差有助于提升卫星定位的精确度[1]

3.矿山CORS的特殊性分析

因为矿区整体的运动情况不明确，矿区构建的连续观测站很容易受到地下采动出现变化。由此，矿山CORS站的平稳性和纠正技术是研究的重点内容。在研究中主要分为下述问题：其一，参考站选址与自身变形改正技术，建设参考站的位置一定要在平稳性强的区域，或者使选择移动变形小的位置。因为参考站也属于在矿区内，在提供基准的同时自身也在改变，所以参考站的自身变形值获取技术对矿山CORS定位工作而言有决定性的作用；其二，信息获取与信息整合处理技术。矿产参考站的特殊性需要依据全球ICS站观测信息，对基站的平稳性进行研究，并对数据质量进行管理；其三，变形灾害是矿山所要担心的最大影响因素，所以矿山CORS除了要进行正常的矿山测绘工作外，还要对矿山变形进行实时检测，并为矿山应用设计相关的软硬件系统[2]。

4.GNSS技术在矿山变形监测中的应用模式

在开采矿山时，地基很容易受到各种因素的影响出现变形，若是形变量控制在一定范围内是可以接受的，若是超出了规定的范围很容易为矿山的运行埋下安全隐患，威胁工作者的生命财产安全。由此，工作者要明确GNSS技术在矿山变形监测中的重要性。GNSS监测主要包含三种监测模式，下面对三种模式进行深层探索，以期为矿山变形监测工作提供依据：

4.1周期性监测模式

若是变形体的改变速度非常缓慢，如同地壳运动一样，在一定的时间和空间范围内处于较为固定的状态，可以依据具体情况将监测的频率定为一个月、几个月或者是一年，一般情况下应用的监测方法就是静态相对定位法。操作步骤主要分为以下几点：其一，依据已知的基准点与监测点获取的监测信息，计算出监测点的三维坐标值（X始、Y始、Z始），并将其作为矿山的变形检测参考标准；其二，依据设计好的监测周期，实施定期或不定期的重复监测；其三，依据计算每一期同一点的监测信息（XN、YN、ZN），通过对比研究，明确每个方向上存在的偏移量（△X、△Y、△Z）[3]。

4.2连续性监测模式

其是通过应用固定仪器对矿山进行长时间的信息采集，获取连续性监测信息的监测方法。在连续获取的监测信息中具备较高的时间分辨率，可以依据软件获取所需的时间段信息，并对这一阶段的矿山变形情况进行监测。GNSS连续性监测依据变形体展现出的差异性，在观测过程中通常选择两种处理方法，一种是静态相对定位法，另一种是动态相对定位法，两种方法都可以展现出变形监测的实时性特点。依据对矿山实施振动、静以及动荷载监测，可以明确矿山的变形数据和特点，之后进行研究和处理。因为连续性监测模式具备信息连续性和清晰的监测时间两大特点，所以更容易获取不同阶段的信息数据，对信息研究工作而言至关重要，有助于检测矿山在各个时间段的变化情况。这一处理模式更符合周期性短的矿山需求。

4.3实时动态监测模式

这一模式是以载波相位为基础，实时差分定位的技术，对不同监测点的载波观测值进行监测。矿山岩块若是受到外部荷载影响产生变形，依据这一模式的测量工作，可以获取密度高的信息数据，并明确每个历元的准确位置。依据计算每一观测历元接收机的具体位置，最终可以明确监测目标的变化特点。其中，GPS—RTK可以依据5-20赫兹的速度传递定位信息，定位精确度可以达到平面±10mm，高程±20mm。通过引用这一技术对矿山实施监测，有助于提升工作的效率和质量。通过实践分析可知，这种模式不但可以实时监测变形，迅速展现矿山的变形特点，并及时提出处理防范，控制工作状态下的损失[4]。

结束语

综上所述，因为GNSS具备及时性、精确度以及不受通视条件约束等优势，所以其可以为工程和地壳形变、灾害形变的监测工作提供工作保障。通过研究实践案例可知，GNSS在变形监测中的应用是一项非常有效的方法，有助于弥补以往监测工作中展现出的问题。而随着我国对北斗导航定位系统的推广和引用，促使GNSS技术在我国市场中的发展前景越来越广阔。

参考文献：

[1]汤运涛.GNSS技术在滑坡应急变形监测中的应用[J].黄金，2016，37（05）：70-75.

[2]於永东，林国利，陈炳富，汤向行，张家乐.GNSS技术在尾矿库坝体变形监测中的应用[J].测绘通报，2014（S2）：60-62.

[3]王黎明，刘夫晓，王新生.三维激光扫描技术在矿山巷道变形监测中的应用[J].矿山测量，2015（03）：79-80+95.

[4]杨帆，邵阳，马贵臣，秦真珍.INSAR技术在海州露天矿边坡变形监测中的应用研究[J].测绘科学，2015，34（06）：56-58.

作者简介：

张荣强（1990-），男，黑龙江省齐齐哈尔市，民族：汉职称：助理工程师，学历：本科。研究方向：雷达在矿山边坡监测中的应用。