SCI论文（www.lunwensci.com）
摘要 ：GPS 测量技术是一种常用的大地测量与工程测 量技术，由于其精度高、速度快、成本低等特点而广泛应 用于大地测量与工程测量的各个领域，其在矿山变形监测 中起着举足轻重的作用，为了保证矿山安全稳定运行，需 对变形进行实时监测。GPS 定位技术是通过测定待测点坐 标来获取坐标数据，因此 , 在地形复杂的矿山进行 GPS 定 位时会出现一定的误差。本文将以某矿山为例，分析 GPS 技术在地形复杂矿山变形监测中起算点坐标的精度。
关键词 ：GPS 技术,复杂地形,矿山,变形监测,应用策略
近年来，随着我国国民经济的快速发展，对矿产资源 的需求也越来越大。同时，我国对资源开采的要求也在不 断提高，这就给矿山开采带来了很大压力。然而矿山属于 特殊行业，并且地质环境比较复杂，要想使工程能够顺利 进行， 就要加强管理， 以确保不发生安全事故。
1 矿山变形监测工作开展的价值说明
近年来，随着我国经济的高速发展，人们对矿产品的 需求不断增加，矿山在我们的生活中是一种不可缺少的资 源，但是在开采矿山时也会造成一定程度上的破坏问题。 因此，矿山监测工作就显得尤为重要。在矿山变形监测系 统中要监测地面沉降、边坡变形、地表位移等多种类型的 情况，为矿山安全提供保障。同时还要对地下采矿造成影 响或危害等情况进行检测和评估。在日常生活中有很多情 况都需要对矿山开采造成一些影响和危害，因此可以通过 进行矿体表面位移以及地应力变化等监测工作就能对这 些问题进行检测，从而对相关情况进行评估和判断，并为 后续相关工作提供依据。
2 矿山变形监测工作的任务与相关内容概述
2.1 变形监测工作任务的说明
矿山安全监测是利用各种传感器(包括地面位移、倾 斜、沉降等) 对矿山工程设施及开采作业过程中的各种 环境要素(如矿井、硐室和采场) 进行连续、动态地监测。 通过对矿山安全监测系统及监测数据的分析，可及时发 现并排除各种事故隐患，有效保障矿山作业人员的生命 财产安全， 保证矿井生产的安全进行。矿山监测系统是由地面监控中心系统， 通信系统等组成。主要应用于矿井巷 道变形监测(如水平位移，竖直位移，倾斜位移等) ;井 下环境(如温度、湿度等)及采空区等变形监测。另外， 矿山开采过程中环境与地质灾害监测是由地面监控中心 及通信系统组成，对采矿工作面内及沿矿帮矿脉的所有 变形(水平位移、倾斜及水平倾角) 进行长期动态的连续 监测 ;并对其进行各种信息统计与分析，为矿山生产管 理提供可靠依据。
2.2 变形监测工作的相关内容
矿山变形监测工作的相关内容，是通过矿山变形监测 点进行的。其监测内容包括位移监测、沉降监测、地表沉 降等。其中，位移的测量需要使用精密 GPS设备。其原理 是利用在某一位置上安装仪器的 GPS 设备观测某一点处 时刻地面的水平或者倾斜状态，通过数据分析得出地表或 者地下形变的结果。矿山变形监测过程中，还需要使用到 激光雷达、水准仪等测量仪器，通过这些仪器可以获取地 表及地下物体位移或变形等信息。
目前我国大部分地区的矿山变形监测网都能实现与国 家规定标准同步，并通过对数据计算分析结果进行对比判 断发现，这些数据能够及时、准确地反映出矿区内地面与 建筑物水平方向和垂直方向之间的变化趋势与速率，也可 以为地质灾害等研究提供依据。
3 矿山变形监测过程中GPS技术的运用策略
3.1 明确矿山变形监测的基准点
根据 GPS 测量技术确定基准点坐标 ：首先，需要进行 现场观测测量、数据分析处理 ;其次，依据地面观测值与 相应 GPS 控制点的差值，结合 GPS 技术所确定的基准点 坐标、精度和可靠性等各项指标综合评估确定该基准点坐 标和可靠性等各项指标 ;最后，通过实测值与计算值及相 关理论结果对比分析确定该基准点为最优基准点，进而达 到利用最优基准点来量测矿山整体或局部变形数据并获 取最终变形监测结果的目的。
依据具体地质情况合理布设监测点位。为了确保矿山 位移监测过程中的安全性，需要对整个变形区域进行综合 分析，利用 GPS 测量与现场观测数据对比分析方法明确各 监测点位 ;再根据各监测点位布设情况结合实际地质情况合理布设点位，并在点位布设时按照一定精度控制进行量 测，保证监测数据与实际地质条件相符。
根据具体工程要求建立统一测量网。建立统一测量网 需要建立一个统一的基准点 ;同时通过对基准点进行精密 水准测量或沉降量监测来确保矿山整体或局部位移变形 在允许范围内 ;在此基础上利用相关软件进行数据处理和 分析得出最终成果。
3.2 做好矿山变形监测网的设计工作
在具体实施过程中需要注意以下几点 ：①确保各 GPS 接收机都能正常运行。②每一个测量点都要安装一个能接 收无线电波信号并接收信号强度数据和几何数据、能够处 理多个观测结果的装置，并配备一名专业技术人员负责对 各台终端设备进行管理和维护工作 ;③要在地面建立一个 固定的 GPS接收机基站来接收到卫星信号后产生计算数 据。这一系列工作都是为了保证各 GPS接收机能够正常运 行 ;④建立好矿山变形监测网后，将每一台野外观测设备 进行编号，同时做好数据采集工作 ;⑤通过现场对该数据 进行处理后获得最终成果。这一系列工作完成之后就是实 施下一个监测计划阶段。
3.3 注重变形监测时的坐标转换管理
GPS 技术是目前测量学领域的一项重要技术，在矿山 变形监测过程中运用 GPS设备进行监测时，对其坐标转换 管理加以重视。坐标转换管理主要包括坐标转换和数据交 换。坐标转换是指将某一特定的空间位置，根据它的地理 坐标和大地控制点的几何特征确定其实际位置及变化趋 势，将某一特定空间位置中的各相关控制点转换成所需空 间位置上的一个相应控制点，使之符合观测要求。数据交 换是指将有关数据进行处理、计算和传递，以满足使用要 求 ;同时也是指将某一已知点的空间位置及其变化趋势信 息在一定范围内传播。它包括数据转换和数据交换，如测 量数据或变形监测资料交换等 ;还包括其他需要进行传递 的内容， 如高程、角度、速度、时间及其他信息等。
对 GPS 技术监测系统进行坐标传递管理时，必须注意 以下几个方面 ：①在进行监测前应根据 GPS 观测资料或 变形监测资料以及相应控制点进行坐标计算和换算 ;②对 于一般变形监测项目来说，可以直接在现场用测量出相应 观测站点及其相应控制点的平面坐标和高程 ;③对于矿山 地表移动量较大或变形剧烈地区，必须在现场临时设立观 测点并建立观测记录表及相关资料。④各观测点应建立健 全观测员档案或设立 GPS监测员记录本，并严格按照有关 规定进行操作。⑤由于在矿山地表移动量较大区域内设立 观测员比较困难，所以必须要有一套完备的制度保证观测 人员工作安全和顺利工作 ;⑥对于一些变形剧烈或异常严重地区可采用在现场临时建立监测记录表和建立相关资 料等方式进行监控管理。
4 GPS技术在地形复杂矿山变形监测中的具体应用案例分析
4.1 矿区GPS监测网系统的应用
矿山的开采过程中，有很多不确定因素，这些因素都 会影响到采煤工作能否正常进行。为了实现安全生产就必 须建立起完善的监控系统。矿区 GPS监测网系统是针对矿 业企业矿山监控和管理需要而研发出来的一套智能化矿 井监测系统，可在很大程度上提高工作效率、降低事故发 生概率， 能够为企业节省很多不必要的人力、物力及财力。 矿区 GPS监测网在煤矿井下安装了大量实时监测设备进 行自动化实时监控、数据传输与数据存储等，能够实现煤 矿井下采煤工作面监控管理和各种信息资料采集录入系 统和存储工作。煤矿 GPS监测网在地面上安装了大量采集 设备对各类信息进行采集并上传到服务器上通过软件对 信息进行处理和显示，同时在电脑软件可以实现对采煤工 作面上各设备的状态进行实时监测并将数据存储到服务 器数据库中通过计算机平台可以实现监控管理等功能。矿 区 GPS监测网系统具有高灵敏度、高稳定性、低成本等特 点，它能够实现对各类传感器的自动布设和数据管理以及 对设备状态及参数的动态监控管理及数据采集传输等功 能 ;可广泛应用于煤矿井下各种设备(包括采煤机、掘进 机(钻)、提升机(电梯)等)安装 GPS定位系统。矿区 GPS 监测网系统将各种传感器安装在井下各采煤工作面，能够 实时监测各采煤工作面上各个传感器的工作状态 ;根据各 个传感器所检测信息通过电脑平台和计算机进行数据处 理及显示 ;监控电脑上能够实现对各设备工作状态及参数 信息进行保存、查看、查询等功能。煤矿 GPS监测网能为 矿山安全生产提供全方位安全监测和预警服务以及决策 支持，为矿山安全管理提供一套完整的综合智能化监测管 理信息系统服务平台，并为矿山企业安全发展提供科学依 据及决策支持。根据不同矿井环境条件下要求采用 GPS定 位监控技术对矿区进行全方位无死角式全天候全方位实 时在线动态监测和管理。
4.2 矿山变形平面位移的监测网分析
随着地下开采的深入，地下工程地质条件发生了较大 变化，由于地下水对岩体的渗透作用、裂隙发育、变形破 坏等作用的影响，地表建筑物会发生倾斜、位移或倾斜等 变形现象。在工程建设过程中，要密切注意地表建筑物的 动态发展情况，及时采取防治措施。由于地面建筑物处于 地下复杂的地质环境中，其结构和周围岩土对其产生扰动都是非常敏感、不可忽视的因素。地表建筑物在运行过程 中对周边环境引起的扰动会使土体产生变形或位移现象， 如地表沉降、地裂缝、地面隆起和倾斜等。由于地下开采 会产生较大的地质灾害，为保证安全生产必须定期进行地 面建筑物变形监测工作。根据目前我国地质灾害监测预警 体系中有关监测点分布情况，可分为地面监测网和地下监 测网两种类型 ;地面变形监测点一般分布在矿山开采较集 中地区的地下开采工作面，以及时发现和解决生产事故隐 患，防止发生灾害及造成重大损失为目的 ;而地下变形监 测点则在地表设站监测为主。
4.3 科学选取参数，完成对比和分析任务
4.3.1 对比高度截止角
采用 GPS 技术对矿区矿山沉降变形进行监测与分析， 通过对比分析不同高度截止角的数据处理效果及精度，研 究表明，高截止角不仅可以消除部分高程异常影响，而且 对于矿区不同位置监测精度有较大提高。通过对某矿区地 质结构及 GPS 测量技术在地形复杂矿区变形监测中进行 数据处理与分析研究。首先，对矿区的地理环境特征做简 要介绍，其次，利用 GPS 技术进行野外采集并建立三维模 型，在该区域布设4个监测点来验证所建模型， 最后， 通过 对比分析高截止角的数据处理效果与精度来检验高截止 角是否存在误差。
4.3.2 对比时段的长度
变形监测中应用 GPS 技术，能够在地面采集数据进行 相关分析，根据不同区域的变形特征和发展规律，可制定 出相应的监测方案。在实际工作中应用 GPS 技术时，为了 保证精度需要对不同时段的数据进行对比，然而在矿山现 场地形复杂时，对比时间段比较难以确定，使得变形监测 结果无法得出合理结论。针对此问题，本文通过 GPS定位 技术得到了解决方案，通过对不同时段两组数据的长时间 精度对比验证该方法是否有效。根据矿山实际情况建立相 关模型并进行求解分析 ;以某矿区在不同时段两组位置 不同、误差大小不同的数据为例进行对比分析 ;同时考虑 到由于精度要求较高，将长时间内两个时间段的数据进行 长度相等的分段计算对比。通过对其结果验证发现随着时 间段内两组位置不相同、误差大小不同的数据对比时段相 长，其变形监测效果明显得到提高。
4.3.3 起算点坐标的精度分析
由于 GPS 测量方法可以实现快速测量，而且能够在矿 山地形复杂的区域实现自动连续的定位测量和实时监测， 因此受到广泛欢迎。GPS 技术主要用于矿山地形调查和地面变形监测，而在地形复杂区域使用时会产生较大误差。 起算点坐标精度分析在进行 GPS 技术变形监测中，往往需 要根据矿山开采现状和已有观测资料来确定观测点的起 算点。因此， 本文对某大型矿区在开采前、中、后期各时间 段内各起算点坐标进行精度分析，研究表明，起算点位置 误差主要受矿山开采影响较大，而各观测点位置误差不会 对变形监测数据精度产生明显影响，因此可认为 GPS 的起 算点坐标测量精度不会有太大影响。同时，随着矿体开采 深度不断加深和生产规模不断扩大等因素，致使矿山生产 水平越来越高，地面控制范围越来越大，对矿山变形监测 精度要求也越来越高。
4.3.4 准确估计对流层参数
GPS 技术在大地测量、变形监测、地质灾害等领域得 到广泛应用，特别是在矿山开采过程中的变形监测中，由 于其精度高以及稳定性好的特点，被认为是一种理想的精 密定位手段。但由于各方面因素的影响，导致 GPS 技术在 一些地形复杂、矿山开采条件差、监测区域面积大、数据 采集困难、不能实时获取等情况下应用效果并不理想。针 对此问题，国土资源信息中心研究人员在总结前人研究成 果及实践经验基础上，提出利用 GPS 技术进行矿山开采 沉降监测中对流层参数估计的方法。该方法利用全球定位 系统对地面固定观测点数据进行测量，通过观测值反演对 流层参数。其中，地面观测值为参考坐标的 GPS控制网数 据 ;而对流层参数计算则采用高精度 CORS数据。该方法 通过对对流层的观测值计算，从而得到各点上对流层参 数 ;然后根据各观测点上对流层的分布情况确定观测点间 垂直距离和水平距离 ;最后利用各观测点间水平距离及垂 直距离的平差值与其地面垂直坐标进行平差而得到最终 估计结果。
5 总结
综上所述，通过对监测数据的分析与处理，可以有效 地掌握矿山开采情况，同时可以有效地发现地质灾害等问 题。GPS 技术虽然在实际应用中非常简单方便，但由于使 用过程中会受到环境因素干扰，所以其精度较低。通过对 矿山变形监测数据分析处理后能够对矿山地表的变化情 况有一个全面而又直观地了解成果，能够及时有效地发现 矿山开采过程中存在的问题，并提出解决办法以保障矿山 正常生产。
(作者单位 ：深圳市勘察测绘院 (集团)有限公司)
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！
文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/ligonglunwen/68852.html
