李天

摘要：影響邊坡穩(wěn)定性的因素是復(fù)雜的、多方面，對于不同的邊坡，又具有其特殊性。就不穩(wěn)定的邊坡來講，這種特殊性最終將綜合反映在邊坡的位移上。所以，邊坡內(nèi)部位移監(jiān)測對于掌握滑坡動態(tài)，弄清楚滑坡規(guī)模以及預(yù)測出滑坡的趨勢，因此得出了可靠的邊坡穩(wěn)定性分析的結(jié)果具有及其重要的意義，不但為分析工作提供出了可靠的資料，同時也對邊坡進(jìn)一步的綜合加固治理設(shè)計提供重要依據(jù)。

關(guān)鍵詞：位移監(jiān)測；邊坡穩(wěn)定性

引言：在礦山開采的過程中，隨著巖層巖體的風(fēng)化以及爆破振動、運(yùn)輸擾動的影響，大氣降水、凍融循環(huán)、地殼運(yùn)動等因素對邊坡穩(wěn)定的影響越來越大，一旦發(fā)生滑坡直接影響礦山的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益，帶來很大的損失。邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測是礦山開采時的重點(diǎn)工作之一。傳統(tǒng)的邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測方法大都是用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀或全站儀等儀器進(jìn)行，精度低且效率較低。隨著測繪技術(shù)的發(fā)展，全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)（GNSS）、地面三維激光掃描技術(shù)、高精度測量機(jī)器人等先進(jìn)技術(shù)、先進(jìn)方法已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，分析其在礦山邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測中的測量方法、測量精度及各種方法的優(yōu)勢，是非常必要的。

一、GNSS自動化監(jiān)測技術(shù)

眾所周知，GNSS靜態(tài)定位技術(shù)精度較高，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大地測量、控制測量、變形監(jiān)測工作中。在礦山邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測工作中，由于測區(qū)環(huán)境復(fù)雜，可以綜合運(yùn)用GNSS定位技術(shù)、數(shù)據(jù)無線遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)自動分析處理系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建邊坡穩(wěn)定性自動化監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要有GNSS定位子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理分析子系統(tǒng)及輔助設(shè)施組成，輔助設(shè)施主要包括供電穩(wěn)壓設(shè)施、避雷設(shè)施等。其中GNSS系統(tǒng)經(jīng)過長時間觀測獲取定位數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)，服務(wù)器根據(jù)GNSS接收機(jī)特有的IP地址和端口號，獲得觀測得到的原始數(shù)據(jù)，使用GNSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)算，得到精確的三維空間坐標(biāo)，與已有監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析，計算得出監(jiān)測點(diǎn)的移位情況，經(jīng)分析計算得到邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測數(shù)據(jù)，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超過一定數(shù)值時，自動預(yù)警。在GNSS邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)中，GNSS接收機(jī)可以自動觀測，且大多采用強(qiáng)制對中裝置，無人為誤差及儀器對中誤差，極大地減輕了野外測量的工作強(qiáng)度，得到高精度的三維點(diǎn)位監(jiān)測成果，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程以及惡劣天氣條件下采集數(shù)據(jù)，可連續(xù)監(jiān)測。數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)中，可以根據(jù)監(jiān)測要求限定閥值、變化速率，當(dāng)監(jiān)測結(jié)果及變形速率超出預(yù)定極限值時自動報警。GNSS自動化邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測具有測量精度高、自動化程度高的優(yōu)點(diǎn)。

二、地面三維激光掃描技術(shù)

目前全站儀、GNSS等測量工具均為單點(diǎn)測量，效率相對低下。地面三維激光掃描系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)“面式”快速掃描測量，其主要由激光掃描儀、旋轉(zhuǎn)平臺、外置數(shù)碼相機(jī)、掃描控制平臺、數(shù)據(jù)處理平臺及外接電源等共同構(gòu)成。地面三維激光掃描系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)坡體的快速數(shù)字化，得到坡體表面三維信息，實(shí)現(xiàn)“所見即所測”。運(yùn)用地面三維激光掃描技術(shù)，可以方便地從事各類復(fù)雜、大型、不規(guī)則、非標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)景或?qū)嶓w三維數(shù)據(jù)的采集，得到精確的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。利用地面三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行礦山邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測的工作流程包括前期規(guī)劃設(shè)計、野外掃描測量、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理分析三個階段。前期規(guī)劃設(shè)計主要完成現(xiàn)場踏勘、控制點(diǎn)及掃描站點(diǎn)布設(shè)等工作；野外掃描時每測站掃描結(jié)束后現(xiàn)場檢查數(shù)據(jù)，判斷是否有遺漏掃描區(qū)域，檢查標(biāo)靶的采樣率是否符合要求，檢查無誤后對每一測站的掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行命名，包括測站名稱、掃描順序等，然后保存；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理包括點(diǎn)云數(shù)據(jù)濾波、平滑、不同站點(diǎn)間點(diǎn)云數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)及融合等，并提取特征點(diǎn)與前期掃描結(jié)果對比進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析。三維激光掃描技術(shù)可以獲取高密度、高精度的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)行特征提取，可以精確獲得邊坡變化狀況。與測量機(jī)器人、GPS測量不同，三維激光掃描為遠(yuǎn)距離無接觸測量，無需在監(jiān)測體上埋設(shè)相關(guān)儀器設(shè)備，且為“面式”測量，速度快、精度高，能夠反映坡體的總體變形趨勢等優(yōu)點(diǎn)，在大變形邊坡監(jiān)測中應(yīng)用廣泛，具有明顯優(yōu)勢。

三、測量機(jī)器人

近年來，高精度自動化測量儀器越來越多，測量機(jī)器人是其中的典型代表，一般儀器測角精度達(dá)到0.5″，常見的儀器生產(chǎn)廠家有徠卡、索佳、天寶等。測量機(jī)器人由帶電動馬達(dá)驅(qū)動和程序控制的TPS系統(tǒng)結(jié)合激光、通訊及CCD技術(shù)組合而成，可以自動化進(jìn)行目標(biāo)識別、照準(zhǔn)、測角測距、跟蹤及記錄。由于測量機(jī)器人自動化程度高，具有自動搜尋照準(zhǔn)目標(biāo)測量并記錄的功能，且可以根據(jù)設(shè)置重復(fù)測量，在長時間固定監(jiān)測或危險區(qū)域監(jiān)測中優(yōu)勢明顯。使用測量機(jī)器人進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測時，為了能夠同時盡可能多地觀測到監(jiān)測點(diǎn)，常根據(jù)后方交會原理采用自由設(shè)站法測量，即找到便于觀測的位置設(shè)站后觀測兩處或以上已知點(diǎn)上設(shè)置的反射棱鏡后，對測量機(jī)器人進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練（又稱為測量機(jī)器人自學(xué)習(xí)），設(shè)置正倒鏡、測量次數(shù)、通訊參數(shù)、限差等指標(biāo)后，使用自動測量功能，測量機(jī)器人即可按照要求循環(huán)測量。測量的結(jié)果既可存入機(jī)器內(nèi)存，也可以遠(yuǎn)程傳輸至數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行處理。與GNSS監(jiān)測技術(shù)相比，測量機(jī)器人觀測時需要通視，測區(qū)的地形、地貌、植被覆蓋可能會對測量造成一定的影響。與GNSS自動化邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)類似，通過無線網(wǎng)絡(luò)使用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)實(shí)時將測量機(jī)器人的觀測數(shù)據(jù)傳輸至控制中心，使用專業(yè)軟件自動分析，得出監(jiān)測結(jié)果，構(gòu)建機(jī)器人邊坡穩(wěn)定性自動監(jiān)測系統(tǒng)。

結(jié)論：在礦邊坡地面位移監(jiān)測方法中，GNSS技術(shù)、地面三維激光掃描技術(shù)、測量機(jī)器人等先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。GNSS方法測量精度高，無需通視即可測量且可以高度集成實(shí)現(xiàn)自動化監(jiān)測；地面三維激光掃描可以非接觸測量，測量范圍廣，速度快，可以“面式”數(shù)據(jù)采集，成果可以進(jìn)行三維建模，形象直觀；測量機(jī)器人可以無人值守自動測量，且精度高，避免了人為誤差的影響。測繪科學(xué)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、電子技術(shù)及計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為邊坡自動化遙測系統(tǒng)的構(gòu)建創(chuàng)造了條件。無線通信數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。在礦山中使用無線遠(yuǎn)程監(jiān)測方法，可以自動采集數(shù)據(jù)連續(xù)觀測，測量人員無需接近監(jiān)測點(diǎn)，精度高、穩(wěn)定性好，代表了邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測的發(fā)展方向。

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