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GPS在尾矿坝变形监测中的应用
GPS在尾矿坝变形监测中的应用

Wei li，Chang wang
摘要:随着尾矿坝变形监测技术的应用进展，本文表述了它特殊的实现方法和精度要求，变形监测技术方法，GPS在尾矿坝变形监测中的优势，GPS较其他方法不仅更有效而且更经济。最后通过工程实例分析了GPS在尾矿坝变形监测中的可行性和优势。
关键字：尾矿坝，变形监测，GPS技术，摄影测量方法，三维激光扫描技术
1 简介
近年来，随着中国经济的迅速发展，国民经济每年以10%的速度迅速增长。随着经济高速增长的动力，工业主要原材料如钢材，有色金属及水泥发展迅速。与此同时，随着小型产业开发矿业和非矿业的快速发展，产品的安全问题和尾矿坝的环境问题变得越来越突出的。特别地，在尾矿坝下游是人口密集的地区，城市，城镇和大型工厂、企业。所以尾矿坝的安全问题需要更多的关注。根据中国尾矿坝的特征和分布现状，如何提高安全管理水平是一个全社会都面临的重要的问题。在金属和非金属矿区一步一步采取监控系统的实践和提升可以大大提高我们的认知水平、安全监督和灾害机制的日常管理。更重要的是，它也可以增加尾矿坝灾祸所在地的企业、社会和政府对灾害的预测力度，以及对更方便更安全的程序管理和尾矿坝的风险控制建立综合的评价。在中国有大规模数量和广阔空间分布的大坝，对于在金属和非金属矿上的尾矿坝的安全系统的研究有广泛的市场前景和重要的应用价值。
2 变形监测技术的简介
2．1 静态变形监测方法
2.1.1 光电监测技术
光电监测技术是一种通过使用传统的测量工具（例如经纬仪、测距仪、水准仪、全站仪）测量角度、边长和海拔的变化来确定变形的方法，它是现在监测变形的基本方法。常见的大地测量方法包含两个（三个）方向前方交会法、距离交会法、极坐标法、视准线法、小角法、几何水准测量法和精密三角高程测量法等。角度交会方法和距离交会法可以观察变形体两个方向（X、Y方向）的位移；视准线法、小角法和测距仪法可以观测变形体的水平位移，几何水准测量法和精度三角高程法可以观察变形的垂直位移。
2.1.2 机械法变形检测
2.1.2.1 机械法准直线
对于一些变形监测的对象，由于其独特的结构，专用测试设备在监测变形体的过程中可以发挥重要作用，例如用在大坝主要变形监测中的机械准值测量，可以根据准直线上的点确定坝体的相对变化，这种准直线可以是水平的或垂直的。因为小走廊气流对大坝的影响，准直线的材料可以是很容易伸直的金属或呢绒。
2.1.2.2 静力水准法
静力水准的工作原理是通过两个相连的装置使两个液体表面达到平衡。它分别测出了已知点到液体水平面和观测点到液体水平面的垂直高度，两者的不同就在于两点的高差。静力水准适合几何水准测量难于观测的大坝走廊或建筑物的地基。
2.1.3 高精度GPS变形监测
与传统的测量方法相比，GPS精密定位技术不仅可以满足大坝变形监测的精度要求（不大于1mm），而且还帮助实现监测工作的自动化。例如，为了监测大坝的变形，技术员在大坝变形区域内选择一个GPS CORS站和大量监测点。在基站与监测站，技术员分别安装进行持续自动观测的全球定位系统接收机。通过使用适当的数据传输技术，观测数据被实时的传送到数据中心进行观测数据的处理，分析与预测。
通过利用精密广播星历和双频GPS接收机获得的水平位移和垂直位移的精度优于1毫米。在建筑物监测的运用中，GPS技术不仅可以逃脱不通视和气候条件的限制（可以在大雾和暴风雪条件下实行全天候监测），但也可以收集、传输和管理数据，分析变形和自动预测。所以它能达到远程在线实时监测的目的。此外，全球定位系统还可以实施动态变形监测和输出实时定位的结果。由GPS相对定位产生的基线向量，通过测量平差可以获得高精度的大地高程。重要监测是指通过垂直位移监测得到的相对沉降。我们不用转换转换，可以直接使用大地高程系统，这不仅会简化计算工作，也保证观测结果的精度。
2.2动态变形监测方法
2.2.1摄影测量方法
通过摄影测量方法测量工程结构变形是通过在变形体附近选定的稳定位置用相机或视频摄像机拍照。然后变形可以通过比较监测点在不同时间获取的二、三维坐标获得。
2.2.2三维激光技术
2.2.2.1 三维激光扫描
三维激光技术是一种在二十世纪中期发明的新技术，也是既全球定位系统之后在测绘和地图科学上的一种突破。此外，通过高速地三维激光扫描测量物体的表面可以获得大面积高分辨率的三维坐标数据，它可以为建立物体的三维动态模型获得大量表面点信息和一种新的技术手段。
2.2.2.2 三维光学扫描
三维光学扫描系统通过用数码相机投射光线到物体表面并且获得物体边缘和彩色图像。经过先进的、独特的三维图像加工和高速度、精确地处理，可以计算每个相应图像的各个像素点的空间坐标（X,Y,Z）和颜色数据（R，G，B），并最终生成三维数字彩色图像。
2.2.3实时动态GPS定位方法
随着GPS硬件和软件的改进，GPS动态监测系统已经适用于各种工程结构，特别是桥梁检测。桥梁GPS实时动态定位系统一般包括全球定位系统接收器和相关的装置，例如光纤数据传输网络、数据收集和分类、计算机数据控制等。该系统的主要特征是全方位的实时显示桥梁结构。当车辆通过桥梁，监测系统可以获得日益增强的主跨垂直倾斜，甲板偏转，桥边的位置和开销迁移。在传统的方式，它只会通过点的测量数据获得相对位移或局部位移。然而，通过GPS全球定位系统桥梁建筑物三维结构的直接测量得到了实现。
3 变形监测方法的选择
目前，变形监测常用的方法包括大地测量方法，特殊测量方法（含各种准直测量，倾角测量，液体静力水准系统和应变计测量），摄影测量方法（含近距离摄影和地面立体摄影测量），全球定位系统测量法，测量机器人，三维激光扫描技术等。各种监测方法有不同的精度和适应性。表1列举了一些常用的监测方法，仪器仪表和精度情况，并进行了分析与比较。
表一：常用的测量方法、仪器对比：

目前，由于其价格降低，GPS在煤矿生产测量中得到了广泛应用，并且它的精度完全可以满足变形监测的需要。所以越来越多的部门利用GPS进行尾矿坝的变形监测。

参考文献

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原文对照：

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