李亞玲

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司，陜西華縣714102)

0 引言

金堆城鉬礦是一個露天開采且已經歷了50余年開采的老礦山。隨著國民經濟需求的不斷增長，礦山開采規(guī)模的不斷擴大，其露天采場已經由最初的山坡露天礦轉為深凹露天開采。目前，整個露天礦采場邊坡高度已達100～200 m，北幫、東幫發(fā)生了不同程度的垮塌失穩(wěn)現象。隨著邊坡監(jiān)測高度的增加，監(jiān)測范圍的擴大及監(jiān)測點數量的增多，邊坡監(jiān)測人員的作業(yè)環(huán)境越來越差，以往的監(jiān)測方法已經很難滿足對地質災害及時準確的預警。全球定位系統(tǒng)(GPS)具有速度快、全天候、自動化、可同時測定點的三維坐標及精度高等優(yōu)點，結合GIS技術和網絡通信技術，實現對礦區(qū)地質災害數據的全天候無人采集、自動快速傳輸、實時結算處理、監(jiān)測信息可視化以及短信群發(fā)式預警，達到對邊坡的全天候無人輔助的實時監(jiān)測和預警。

1 系統(tǒng)總體設計

1.1 總體架構

系統(tǒng)采用硬、軟件集成的方式來構建，在需要重點監(jiān)測的典型區(qū)域(包括北幫、東幫、北溝、南幫、馬路溝)分別布設了總計40個監(jiān)測站點和3個基準點，這些監(jiān)測點和基準點通過光纖將獲取的信息傳送回監(jiān)控中心，通過架設在監(jiān)控中心的軟件平臺進行數據處理、信息存儲、數據分析。

1.2 技術路線

采用GPS監(jiān)測站和參考站連續(xù)、實時地獲取GPS觀測數據，通過光纖傳輸將數據傳到管理中心控制室，存儲在 SQL Server數據庫上，利用 ArcEngine開發(fā)平臺進行二次開發(fā)，在 Visual Studio.net框架平臺上進行集成，實現GPS監(jiān)測數據的實時處理，礦區(qū)監(jiān)測點變形量與變形趨勢的統(tǒng)計分析，信息的圖形顯示、預警預報、打印輸出等功能。

1.3 硬件功能設計

高精度GPS實時監(jiān)測系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)主要由兩部分組成:

(1)數據采集和監(jiān)測終端。包括GPS數據采集系統(tǒng)和數據傳輸系統(tǒng)。數據采集系統(tǒng)由GPS接收機、GPS天線和電源組成，在非變形區(qū)建設3個連續(xù)觀測的GPS定位參考站，在變形區(qū)根據地質條件建立監(jiān)測站;數據傳輸系統(tǒng)，采用光纖通訊技術將各監(jiān)測點和參考站采集到的GPS原始觀測數據實時傳送到數據處理中心。

(2)監(jiān)控中心。對發(fā)送回來的監(jiān)測數據進行計算、分析、存儲、顯示、輸出，根據計算結果實時監(jiān)控變形區(qū)域，并對特殊情況進行及時報警和響應。

1.4 軟件功能的設計

本監(jiān)測系統(tǒng)的軟件部分主要是以接收到的GPS觀測數據為基礎，經過計算、分析，做出顯示和預測。因此從功能上將監(jiān)測軟件分為通信管理設置模塊、數據處理模塊、數據管理模塊和可視化模塊4個部分。

1.5 用戶界面設計

本系統(tǒng)采用Windows的通用界面模式，利用下拉列表框供用戶選擇相關參數，減少用戶輸入參數的麻煩，使界面操作便捷，更加人性化。

2 系統(tǒng)功能模塊的設計

2.1 信息管理

信息管理功能包括了對系統(tǒng)內的GPS監(jiān)測點和滑坡體的相關信息的編輯(包括增加、刪除、修改)，系統(tǒng)報警功能的相關人員設置，以及每天的天氣狀況設置。其中，對監(jiān)測點和滑坡體的信息修改又包括了空間信息和屬性信息兩方面。天氣設置中，可以對輸入天氣對話框的提示時間進行設置，也可以對歷史時間進行查詢和修改。

2.2 視圖操作

視圖操作包括了對系統(tǒng)的二維和三維地圖進行操作，其中，二維地圖包括對平面地圖的放大、縮小、平移、全圖、點選的操作;三維地圖包括對遙感地圖和渲染地圖的瀏覽和飛行功能。

2.3 監(jiān)測分析

主要是對礦區(qū)內布設的滑坡體和監(jiān)測點進行監(jiān)測，并對24小時的監(jiān)測數據進行計算、處理和分析，提供對歷史數據和實時數據的曲線圖顯示，直觀地表明監(jiān)測區(qū)域的位移情況。其中，對滑坡體的位移監(jiān)測主要是對滑坡體內包含的所有監(jiān)測點監(jiān)測的綜合。

2.4 位移報警

主要是在日常的監(jiān)測中通過對實時監(jiān)測數據計算后對比預設的報警閥值，對超出閥值的情況以短信、郵件和客戶端界面通知的方式報備相關部門負責人，以便應急調度。

2.5 設備報警

通過監(jiān)測設備傳回來的數據時間，判斷設備的運行狀態(tài)，如果一定時間內沒有數據進入數據庫，就會自動生成設備報警信息對指定用戶進行發(fā)送。

2.6 預測評價

包括點位移預測和滑坡體穩(wěn)定性評價。點位移預測是根據選定最近的一個周期內的數據，通過灰度模型對下一時刻監(jiān)測的的位移狀況進行預測?；麦w穩(wěn)定性評價是根據當前選定的滑坡體中所有監(jiān)測點的最近一個周期的數據，結合天氣狀況，自動選擇不同的凝聚力參數和內摩擦角參數對當前滑坡體的穩(wěn)定性進行評價。

2.7 監(jiān)測報告

監(jiān)測報告是整合監(jiān)測數據圖表形成word格式的報告文檔，提供對歷史和實時數據的報告查看。

3 系統(tǒng)應用

圖1 報警監(jiān)測點的地圖定位

在此點上點擊鼠標右鍵，彈出監(jiān)測信息選項單:圖選“實時信息”，可以自動切換到實時曲線的界面，選擇“歷史曲線”會切換到歷史曲線的界面，如圖2為報警監(jiān)測點2013年7～8月份的歷史曲線圖。

如果BB02頻繁發(fā)生報警，可以根據不同點的特殊情況來設置不同的閥值，選擇“位移報警”中的“位移報警等級”進行X、Y、Z閥值修改。同時，監(jiān)測人員可以通過菜單“位移報警”中的“報警方式”選擇所需要的報警方式。

圖2 監(jiān)測點的歷史曲線圖

系統(tǒng)的預測和評價功能，可以根據前期數據對未來監(jiān)測點的位移方向進行預測，也可以對滑坡體的穩(wěn)定性進行評價。通過菜單“預測評價”中“點位移預測”，選擇BB02監(jiān)測點，根據歷史曲線，預測BB02下一時段的偏移方向。如下圖3所示。

圖3 監(jiān)測點預測曲線圖

監(jiān)測報告的生成，服務器會在每個月的月初對上個月的監(jiān)測數據做出報告，用戶可以通過界面查看。同時，用戶也可以自定義報告，進行相關內容的查看，包括報警統(tǒng)計信息、歷史曲線信息、位移預警信息、滑坡體穩(wěn)定性評價信息等。

4 結論

目前，隨著GPS測量技術的不斷完善和測量精度的不斷提高，以及GPS不受氣候及晝夜影響的優(yōu)勢，GPS在變形監(jiān)測中得到越來越廣泛的應用。經過一年多的研發(fā)，在金堆城露天礦建成了5個滑坡體、40個GPS監(jiān)測點，3個GPS基準站的位移監(jiān)測系統(tǒng)。通過近半年時間的實際應用，該軟件平臺具有實時性、準確性、易操作性。為露天礦的邊坡監(jiān)測提供了可視化支持，并能實時對潛在的變形風險進行預報，為金堆城露天礦的邊坡變形的研究和治理提供輔助化決策支持。

［1］薛永安.GPS變形監(jiān)測數據處理方法研究與軟件研究［D］.太原理工大學，2006.

［2］俞得響 鄒雙朝.GPS技術在滑坡變形監(jiān)測中的應用［J］.地理空間信息，2009，(1):55-58.

［3］吳建華.，基于 ArcGIS Engine的 GIS軟件開發(fā)方法［J］.測繪通報，2010，(11):54-57.