尾礦庫的安全關(guān)系到其影響區(qū)域內(nèi)人民生命財產(chǎn)及環(huán)境的安全，長期以來，由于尾礦庫管理監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)不完備、監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)落后、專業(yè)監(jiān)測人員缺乏等原因，許多尾礦庫處在無檢測監(jiān)控狀態(tài)，少數(shù)在檢的尾礦庫運行參數(shù)檢測誤差大，監(jiān)管部門難以及時掌握尾礦庫各項安全技術(shù)指標，這些都極大影響尾礦庫的安全管理。

中海達基于GNSS技術(shù)的尾礦庫安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)對于加強尾礦庫的安全監(jiān)管，掌握尾礦庫的安全現(xiàn)狀，減少尾礦庫的事故發(fā)生具有重要意義。該系統(tǒng)通過分布在尾礦壩的各種感應器等設備進行全自動監(jiān)測監(jiān)控，，實時在線掌握各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化，一旦發(fā)現(xiàn)不正?，F(xiàn)象將立即提出警示，評估結(jié)構(gòu)的可靠性，為尾礦庫的管理與維護提供精確及時的數(shù)據(jù)依據(jù)。

1系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

尾礦庫在線監(jiān)測預警系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、分析預警、綜合管理等五個子系統(tǒng)組成，其主要功能有：

1）綜合管理系統(tǒng):可有效進行用戶管理、數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)運行管理，確保系統(tǒng)運行安全和數(shù)據(jù)安全，靈活方便的參數(shù)設置可實現(xiàn)被監(jiān)測對象的狀態(tài)在本地或遠程瀏覽、數(shù)據(jù)在本地或遠程下載以及數(shù)據(jù)共享等。

2）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng): 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由基準站、監(jiān)測站以及包括野外電源和防雷裝置組成的保障支持系統(tǒng)組成。采用多星多頻高精度GNSS模塊，對變形體的實際性狀實施高精度、實時、連續(xù)、自動監(jiān)測，運用靜態(tài)和動態(tài)相對定位兩種數(shù)據(jù)處理方法，為判斷變形體安全提供必要的信息，確保數(shù)據(jù)采集準確。

3）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng):可采用RS232、有線/無線Modem、TCP/IP、GPRS無線、CDMA無線、3G無線、UHF無線電臺、無線網(wǎng)橋或其他無線網(wǎng)絡等方式，組建方便靈活的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其不僅支持野外就地拖拽式下載，還能實現(xiàn)遠程實時數(shù)據(jù)流傳輸和文件包下載。

4）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng):系統(tǒng)可進行長時間連續(xù)實時數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)解算采用先進的卡爾曼濾波集成單歷元整數(shù)解算法，定位精度達到毫米級，確保系統(tǒng)運行穩(wěn)定及數(shù)據(jù)的可靠性。

5）分析預警系統(tǒng):監(jiān)測預警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析處理能力強大，分析角度多、手段豐富，能計算三維位移分量及各向變形速率，自動生成變形歷時曲線、變形分布圖和多因素相關(guān)圖；能根據(jù)實地地形數(shù)據(jù)生成三維仿真圖形，并生成變形場等高圖和漸變色譜圖以及變形場實體任意剖面圖；能綜合其他相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行初步綜合分析與簡單評價；能根據(jù)預設警戒值進行風險判別并能實時以網(wǎng)頁、短信、語音電話、警報聲音、大屏幕顯示等形式進行多渠道狀態(tài)信息和預警信息的發(fā)布。系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 高精度實時在線監(jiān)測預警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2系統(tǒng)功能及特點

2.1系統(tǒng)功能

1）系統(tǒng)1.5小時連續(xù)監(jiān)測尾礦壩的水平精度優(yōu)于±3mm、垂直精度優(yōu)于±5mm，完全滿足尾礦壩監(jiān)測精度的要求；

2）系統(tǒng)能夠進行長期、穩(wěn)定、不間斷運行，真正做到無人值守，操作簡便，勿需進行手工重復勞動，可以節(jié)省大量人力物力；

3）能實現(xiàn)最高20Hz的高速數(shù)據(jù)采集，關(guān)鍵時候能完美監(jiān)控變化過程的細節(jié)；

4）具有遠程數(shù)據(jù)傳輸、遠程狀態(tài)瀏覽、遠程系統(tǒng)設置以及數(shù)據(jù)管理、用戶管理、安全管理等功能,網(wǎng)絡通訊方式靈活，系統(tǒng)自動化程度高，可以方便實現(xiàn)遠程控制、遠程監(jiān)測、遠程數(shù)據(jù)下載與共享；

5）能根據(jù)實地地形數(shù)據(jù)生成三維仿真圖形，根據(jù)變形監(jiān)測數(shù)據(jù)生成實體變形場等高圖、任意剖面圖，這是傳感器類、聲納類、光波類、影像類、頻譜類監(jiān)測手段不可比擬的；

6）能對變形監(jiān)測數(shù)據(jù)進行初步分析與簡單評價，并根據(jù)數(shù)據(jù)的危險程度采用短信、網(wǎng)頁、郵件、聲音、大屏幕等方式和渠道進行分級發(fā)布，預警信息的發(fā)布方便靈活。

2.2系統(tǒng)特點

高精度實時在線監(jiān)測預警系統(tǒng)具有監(jiān)控目標明確、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、檢測流程清晰、服務功能完備等特點。系統(tǒng)數(shù)據(jù)可靠、運行穩(wěn)定，既能準確表達監(jiān)測點的工作狀態(tài)，也能對相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析并提出初步風險評價，還能多渠道多形式適時分級發(fā)布預警信息，為運行單位隨時隨地掌握工程結(jié)構(gòu)安全和決策部門在關(guān)鍵時刻的決策分析提供了堅實的技術(shù)支持與信息參考,具體特點有：

1）數(shù)據(jù)采集快:輕松實現(xiàn)高達20Hz連續(xù)高速實時的精密數(shù)據(jù)采集；

2）監(jiān)測精度高:算法先進，能運用小波精密分析法對數(shù)據(jù)進行分析處理，實現(xiàn)單歷元毫米級高精度連續(xù)解算；

3）硬件層次少:系統(tǒng)組成簡單、結(jié)構(gòu)清晰、運行穩(wěn)定、維護方便；

4）分析手段多:能計算三維位移分量及各向變形速率，能自動生成變形歷時曲線圖、變形空間分布圖、多變量相關(guān)圖，能根據(jù)實地地形數(shù)據(jù)生成三維仿真圖，并能生成實體變形場等高圖或漸變色譜圖及其任意剖面圖；

5）信息發(fā)布快:能對變形監(jiān)測數(shù)據(jù)進行初步分析與簡單評價，并能根據(jù)預設警界值和實測值進行對比判別，及時進行多渠道多形式預警信息或狀態(tài)信息的發(fā)布，隨時隨地掌握運行狀態(tài)，真正實現(xiàn)遠程監(jiān)控和無人值守；

6）應用范圍廣:本監(jiān)控系統(tǒng)不僅能應用于各類尾礦庫實時安全監(jiān)控,還可以在滑坡地質(zhì)災害監(jiān)測、高邊坡、高剪力墻、港口、船塢、礦山、水庫大壩以及江河堤壩監(jiān)測、大型橋梁場館和高層建筑健康監(jiān)測中廣泛應用。

3 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由庫區(qū)監(jiān)測終端、網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)、監(jiān)測數(shù)據(jù)處理服務中心、預警發(fā)布系統(tǒng)四部分組成，如圖2所示。監(jiān)測系統(tǒng)的典型配置方案有定期經(jīng)濟型、永久基站型、分體網(wǎng)絡Ⅰ型、分體網(wǎng)絡Ⅱ型、一機多天線系統(tǒng)等五種形式，以滿足不同現(xiàn)場的需要。

該系統(tǒng)是全天候、全方位的，可以不受時間、氣候的影響，建立尾礦庫安全監(jiān)控、安全分析評價，安全預警，安全指揮管理系統(tǒng)，對尾礦庫的安全狀態(tài)進行實時的監(jiān)測、分析與預報，能確保尾礦庫的安全管理，同時，提高安全監(jiān)管部門對尾礦庫安全管理這方面的能力，有效避免尾礦庫事故的發(fā)生。

圖2 基于GNSS技術(shù)的尾礦庫實時在線監(jiān)測預警系統(tǒng)組成

4結(jié)束語

通過進行數(shù)據(jù)采集、存儲、分析、管理等操作，對尾礦庫風險性進行安全評估和預警，是實現(xiàn)尾礦庫監(jiān)測預警的有效途徑，建立便于尾礦庫運行期安全管理和潰壩風險綜合評判方法為全面提升尾礦庫安全監(jiān)管和日常管理水平，增強企業(yè)、社會、政府對于尾礦庫災害的預警響應能力奠定堅實基礎。

實踐證明，基于GNSS技術(shù)的尾礦庫在線安全監(jiān)測預警系統(tǒng)技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定、投資經(jīng)濟，目前已成功應用于尾礦壩變形監(jiān)測，在滑坡地質(zhì)災害監(jiān)測、礦山邊坡變形監(jiān)測、礦山采空區(qū)沉陷監(jiān)測、海涂吹填區(qū)沉陷監(jiān)測、水庫大壩變形監(jiān)測、堤防渠道變形監(jiān)測、深基坑及周邊影響區(qū)變形監(jiān)測、大型橋梁健康監(jiān)測、高層建筑及大型場館健康監(jiān)測等領域，應用前景廣闊。

（編自《電氣技術(shù)》，原文標題為“基于GNSS技術(shù)的尾礦庫在線安全監(jiān)測預警系統(tǒng)”，作者為張琳、李英芹。）