露天礦山邊坡穩定性監測方法研究
創新點滴
作者：李茂奎 趙勤軍 李新偉
摘要：隨著測繪技術的發展，GNSS技術、地麵三維激光掃描技術、測量機器人等先進技術已經廣泛應用。GNSS方法測量精度高，可以高度集成為邊坡監測係統；地麵三維激光掃描係統可以非接觸測量，速度快，可以“麵式”數據采集；測量機器人可以自動測量，且精度高。三種方法在露天礦山邊坡穩定性監測中均有廣泛應用，並各有自己的優勢，實際應用中，可以根據不同的環境，選擇合適的邊坡監測方法。
關鍵詞：露天礦山；GNSS；地麵三維激光掃描；測量機器人；邊坡監測
中圖分類號：TD801文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2014）23-0026-02
在露天礦山開采的過程中，隨著岩層岩體的風化以及爆破振動、運輸擾動的影響，大氣降水、凍融循環、地殼運動等因素對邊坡穩定的影響越來越大，一旦發生滑坡直接影響礦山的安全生產和經濟效益，帶來很大的損失。邊坡穩定性監測是礦山開采時的重點工作之一。傳統的邊坡穩定性監測方法大都是用經緯儀、水準儀或全站儀等儀器進行，精度低且效率較低。隨著測繪技術的發展，全球衛星導航定位技術（GNSS）、地麵三維激光掃描技術、高精度測量機器人等先進技術、先進方法已經得到了廣泛的應用，分析其在露天礦山邊坡穩定性監測中的測量方法、
測量精度及各種方法的優勢，是非常必要的。
1GNSS自動化監測技術
眾所周知，GNSS靜態定位技術精度較高，已經廣泛應用於大地測量、控製測量、變形監測工作中。在露天礦山邊坡穩定性監測工作中，由於測區環境複雜，可以綜合運用GNSS定位技術、數據無線遠程傳輸技術、監測數據自動分析處理係統等先進技術，構建邊坡穩定性自動化監測係統。該係統主要有GNSS定位子係統、數據傳輸子係統、數據處理分析子係統及輔助設施組成，輔助設施主要包括供電穩壓設施、避雷設施等。其中GNSS係統經過長時間觀測獲取定位數據，通過數據傳輸係統將數據傳輸至數據處理與控製係統，服務器根據GNSS接收機特有的IP地址和端口號，獲得觀測得到的原始數據，使用GNSS軟件進行數據結算，得到精確的三維空間坐標，與已有監測數據對比分析，計算得出監測點的移位情況，經分析計算得到邊坡穩定性監測數據，當監測數據超過一定數值時，自動預警。在GNSS邊坡穩定性監測係統中，GNSS接收機可以自動觀測，且大多采用強製對中裝置，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度，得到高精度的三維點位監測成果，能夠實現遠程以及惡劣天氣條件下采集數據，可連續監測。數據處理分析係統中，可以根據監測要求限定閥值、變化速率，當監測結果及變形速率超出預定極限值時自動報警。GNSS自動化邊坡穩定性監測具有測量精度高、自動化程度高的優點。
2地麵三維激光掃描技術
目前全站儀、GNSS等測量工具均為單點測量，效率相對低下。地麵三維激光掃描係統可以實現“麵式”快速掃描測量，其主要由激光掃描儀、旋轉平台、外置數碼相機、掃描控製平台、數據處理平台及外接電源等共同構成。地麵三維激光掃描係統能夠實現坡體的快速數字化，得到坡體表麵三維信息，實現“所見即所測”。運用地麵三維激光掃描技術，可以方便地從事各類複雜、大型、不規則、非標準的實景或實體三維數據的采集，得到精確的點雲數據。利用地麵三維激光掃描技術進行露天礦山邊坡穩定性監測的工作流程包括前期規劃設計、野外掃描測量、內業數據處理分析三個階段。前期規劃設計主要完成現場踏勘、控製點及掃描站點布設等工作；野外掃描時每測站掃描結束後現場檢查數據，判斷是否有遺漏掃描區域，檢查標靶的采樣率是否符合要求，檢查無誤後對每一測站的掃描數據進行命名，包括測站名稱、掃描順序等，然後保存；內業數據處理包括點雲數據濾波、平滑、不同站點間點雲數據的配準及融合等，並提取特征點與前期掃描結果對比進行邊坡穩定性分析。三維激光掃描技術可以獲取高密度、高精度的三維點雲數據，進行特征提取，可以精確獲得邊坡變化狀況。與測量機器人、GPS測量不同，三維激光掃描為遠距離無接觸測量，無需在監測體上埋設相關儀器設備，且為“麵式”測量，速度快、精度高，能夠反映坡體的總體變形趨勢等優點，在大變形邊坡監測中應用廣泛，具有明顯優勢。