尾矿库表面位移观测人工观测与在线监测方法对比分析与技术融合

尾矿库表面位移观测人工观测与在线监测方法对比分析与技术融合

伯体江（通讯作者）  达发涛  朱丽群

云南坤测科技有限公司  云南省昆明市  650100

摘要：尾矿库作为矿业生产的重要设施，其安全性直接关系到人员和财产的安全。表面位移是评估尾矿库稳定性的关键指标之一，因此，采用有效的监测方法至关重要。人工观测与在线监测是两种主要的尾矿库表面位移监测方法，二者各有优劣，结合使用则能发挥出更大的优势。本文深入探讨尾矿库中表面位移人工观测与在线监测方法对比分析与技术融合。研究采用从人工观测技术、在线监测技术、技术融合、精度与效率对比、数据对比分析、安全性与可靠性以及应用实例分析等多个方面进行阐述，为尾矿库的安全监测提供有益的参考。

关键词：尾矿库；表面位移；人工观测；在线监测；对比分析；技术融合

正文：

1. 人工观测技术

人工观测通常包括设立观测点、布置观测标志、使用测量工具进行定期观测、记录数据等步骤。人工观测需要专业的技术人员进行，且受到天气、人为误差等因素的影响较大。

1.1观测原理

采用全站仪对监测点进行盘左、盘右4测回观测，取测回中数作为观测值。

①对使用的全站仪应在项目开始前和结束后进行检验，项目进行中也应定期进行检验。当观测成果异常，经分析与仪器有关时，应及时对仪器进行检验与校正；

②观测应做到三固定，即固定人员、固定仪器、固定测站；

③观测前应正确设定记录文件的存贮位置、方式，对全站仪的各项控制限差参数进行检查设定，确保符合观测要求；

④应在成像稳定的条件下进行观测；

⑤仪器温度与外界温度一致时才能开始观测；

⑥仪器避免望远镜直对太阳，避免视线被遮挡，仪器应在生产厂家规定的范围内工作，震动源造成的震动消失后，才能启动测量键，当地面震动较大时，应随时增加重复测量次数；

⑦每个测站完成观测后，检查各项限差情况，确认合格后方可结束本站测量工作，否则应查找原因直至返工重测合格。[1]

水平位移观测

各坝体观测点水平位移的观测，执行中华人民共和国《工程测量规范》GB50026-2020水平位移观测的技术要求。各观测点直角坐标值获取按全圆多测回观测极坐标法获取。

垂直位移观测

坝体观测点垂直位移的观测，执行中华人民共和国《建筑变形测量规范》JGJ 8-2016 中二等水准观测的技术要求。

2.在线监测技术

在线监测技术利用先进的传感器、数据传输设备和数据分析软件，实现对尾矿库表面位移的实时监测和数据自动记录。在线监测技术具有自动化、高精度、实时性强的特点。目前，尾矿库在线监测表面位移监测主要由GNSS监测技术和全站仪监测技术组成，两种方式均为点位测量。本文探讨只针对全站仪监测技术进行阐述。

2.1监测原理

通过在监测部位以外相对稳定的地方建立工作基点网（包括了设站点和参考基准站），每一个测量周期通过全站仪按照极坐标的原理分布采集参考基准站和变形点的斜距、水平角、天顶距，将参考基准站的测量值与其真实值（通过建立工作基点网得到）相比，有一差异，这一差异可认为是受到各种因素影响的结果，包括大气、温度及仪器等的影响。把参考基准站的差异加到变形点的观测值上，通过计算得到变形点的实际坐标[2]。极坐标监测系统示意图如下所示：

3.技术融合

人工观测与在线监测的结合使用，考虑到人工观测和在线监测各自的优缺点，将两种方法结合使用可以实现优势互补。在在线监测系统的基础上，定期进行人工观测以验证和校准在线监测数据的准确性；同时，在恶劣天气或设备故障等情况下，人工观测可以作为备用手段，确保观测工作的连续性和稳定性。

4.精度与效率对比

4.1观测速度

在线观测技术利用自动化设备和传感器进行实时数据采集，其观测速度远超人工观测。

人工观测需要人员现场操作，受天气、交通等因素影响，观测速度相对较慢。

4.2数据准确性

在线观测技术通过高精度传感器和数据处理算法，能够获取更加准确的数据。

人工观测受观测者技能、经验、视觉误差等因素影响，数据准确性相对较低。

4.3操作便捷性

在线观测技术无需人员现场操作，可通过远程监控和数据传输实现观测任务，操作更加便捷。

人工观测需要人员现场操作，受各种因素影响，操作相对繁琐。

4.4人为误差

在线观测技术通过自动化设备和算法减少了人为干预，降低了人为误差的发生概率。

人工观测过程中，观测者的疲劳、注意力不集中等因素可能导致人为误差。

5.数据对比分析

5.1数据计算

对于水平位移， 本期各观测点累计变化量等于本期期间变化量+各期期间差值和。年度累计变化量等于末期期间变化值+年内各期期间差值和或年末累计值—年初累计值。

垂直位移观测计算中， 本期期间差值为上期观测数值—本期观测数值， 累计差值为 各期期间差值和+本期期间差值。差值为正值表明观测点为沉降状态， 差值为负值表明观测点为回弹状态。

5.2数据判断

X方向向北方向为正(反之为负)，Y方向向东方向为正(反之为负)，Z方向向下为正(反之为负)

5.3数据分析

（1）数据收集与整理

收集两种观测方法所获得的数据。这些数据可能来源于不同的时间段、不同的观测点以及不同的天气条件。因此，需要对数据进行整理，确保数据的完整性和一致性。数据整理过程中，应对缺失、异常或矛盾的数据进行筛选和处理，以提高数据质量。

（2）数据预处理

数据预处理是对比分析过程中的重要环节，旨在消除数据中的噪声、异常值和不一致性，以提高分析的准确性。预处理步骤可能包括数据清洗、数据转换、数据标准化等。对于人工观测数据，可能需要消除人为误差和观测不一致性；对于在线监测数据，可能需要处理传感器故障或数据传输错误等问题。

（3）数据对比与分析

在数据预处理完成后，可以对人工观测和在线监测的数据进行对比分析。对比分析可能包括数据的分布、趋势、变化率等方面的比较。通过对比分析，可以发现两种观测方法之间的差异和相似之处，为进一步的差异识别与原因探究奠定基础。

（4）差异识别与原因探究

差异识别是对比分析的关键环节，旨在找出人工观测和在线监测数据之间的差异。差异可能来源于观测方法的原理、观测点的选择、环境因素等多个方面。在识别差异后，需要探究差异的原因，这有助于理解两种观测方法的优缺点，并为后续的优化和改进提供依据。

（5）结果展示与解读

对比分析的结果需要以易于理解的方式进行展示和解读。结果展示可以采用图表、报告等形式，以便直观地展示数据对比、差异识别和分析结果。解读过程中，应对数据进行详细的解释和说明，帮助决策者或相关利益方理解两种观测方法之间的差异和联系。

（6）优化与改进措施

基于对比分析的结果和结论，可以制定相应的优化和改进措施。这些措施可能包括改进观测方法、优化观测点的选择、提高数据质量等。通过实施这些措施，可以进一步提高人工观测和在线监测数据的准确性和可靠性，为尾矿库的安全监测提供更有力的支持。

6.安全性与可靠性

在线监测技术通过实时监测和数据自动记录，能够及时发现尾矿库表面位移的异常变化，提高尾矿库安全管理的预警能力和可靠性。对于人工观测，在线监测技术在安全性和可靠性方面更具优势。

7.应用实例分析

某尾矿库位于晋宁区二街工业园区，毗临高海高速公 里古城收费站。工业园区地势平坦，有通往二街道路直达，交通便利。尾矿库位于二街工业园区柿子村，晋（宁）安（宁）省级公路从堆场边经过。

尾矿库为山谷丘陵地貌，谷底为南北走向，地势缓和。 现场表面位移采用在线监测技术，且要求进行人工观测，并出具相应分析报告。观测点位分布情况如图：

人工观测数据分析

观测期和观测频率：1次/月，共12次；

在线观测数据分析

人工监测数据与在线监测数据对比分析

将人工监测数据录入在线监测系统内，将实现对比趋势图，直观反映尾矿库表面位移变化趋势方向，两者相辅相成。

注：蓝色曲线表示在线监测一年变化趋势，红色曲线表示人工观测一年变化趋势

项目总结

该尾矿库中表面位移人工观测与在线监测两种方法相结合，实现互补性强、提高监测精度和可靠性、降低监测成本、提高应急响应能力，对于保障尾矿库的安全具有重要的意义。

8、总结

本文研究尾矿库表面位移的人工观测与在线监测对比分析与技术融合后，人工观测和在线监测各有特长。人工观测依赖经验丰富的观测人员的直观判断和测量，具有灵活性和直观性。而在线监测技术则能够提供连续、实时的数据，对于微小的位移变化也能准确捕捉。将两种方法相结合，可以既获得直观的判断，又能获取到连续、精确的数据，从而更全面地了解尾矿库表面位移的情况。

参考文献：

[1] 刘秋平;陈小平;任鹏.建筑深基坑临近城市管廊变形及支护优化研究[J],2019

[2]柳志云.TCA2003全站仪在小湾水电站高边坡监测中的应用[J],1006－3951（2006）03－0015－04