尾礦庫的安全關(guān)系到其影響區(qū)域內(nèi)人民生命財(cái)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(yùn)行參數(shù)檢測誤差大，監(jiān)管部門難以及時(shí)掌握尾礦庫各項(xiàng)安全技術(shù)指標(biāo)，這些都極大影響尾礦庫的安全管理。

中海達(dá)基于GNSS技術(shù)的尾礦庫安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于加強(qiáng)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(yīng)器等設(shè)備進(jìn)行全自動(dòng)監(jiān)測監(jiān)控，，實(shí)時(shí)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(píng)估結(jié)構(gòu)的可靠性，為尾礦庫的管理與維護(hù)提供精確及時(shí)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(yù)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(yù)警、綜合管理等五個(gè)子系統(tǒng)組成，其主要功能有：

1）綜合管理系統(tǒng):可有效進(jìn)行用戶管理、數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)運(yùn)行管理，確保系統(tǒng)運(yùn)行安全和數(shù)據(jù)安全，靈活方便的參數(shù)設(shè)置可實(shí)現(xiàn)被監(jiān)測對(duì)象的狀態(tài)在本地或遠(yuǎn)程瀏覽、數(shù)據(jù)在本地或遠(yuǎn)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(zhǔn)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(duì)變形體的實(shí)際性狀實(shí)施高精度、實(shí)時(shí)、連續(xù)、自動(dòng)監(jiān)測，運(yùn)用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)相對(duì)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(zhǔn)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(tái)、無線網(wǎng)橋或其他無線網(wǎng)絡(luò)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)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(jìn)行長時(shí)間連續(xù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)解算采用先進(jìn)的卡爾曼濾波集成單歷元整數(shù)解算法，定位精度達(dá)到毫米級(jí)，確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定及數(shù)據(jù)的可靠性。

5）分析預(yù)警系統(tǒng):監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析處理能力強(qiáng)大，分析角度多、手段豐富，能計(jì)算三維位移分量及各向變形速率，自動(dòng)生成變形歷時(shí)曲線、變形分布圖和多因素相關(guān)圖；能根據(jù)實(shí)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(shí)體任意剖面圖；能綜合其他相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行初步綜合分析與簡單評(píng)價(jià)；能根據(jù)預(yù)設(shè)警戒值進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)判別并能實(shí)時(shí)以網(wǎng)頁、短信、語音電話、警報(bào)聲音、大屏幕顯示等形式進(jìn)行多渠道狀態(tài)信息和預(yù)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(shí)時(shí)在線監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2系統(tǒng)功能及特點(diǎn)

2.1系統(tǒng)功能

1）系統(tǒng)1.5小時(shí)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(jìn)行長期、穩(wěn)定、不間斷運(yùn)行，真正做到無人值守，操作簡便，勿需進(jìn)行手工重復(fù)勞動(dòng)，可以節(jié)省大量人力物力；

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

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

5）能根據(jù)實(shí)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(shí)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(duì)變形監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析與簡單評(píng)價(jià)，并根據(jù)數(shù)據(jù)的危險(xiǎn)程度采用短信、網(wǎng)頁、郵件、聲音、大屏幕等方式和渠道進(jìn)行分級(jí)發(fā)布，預(yù)警信息的發(fā)布方便靈活。

2.2系統(tǒng)特點(diǎn)

高精度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)具有監(jiān)控目標(biāo)明確、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、檢測流程清晰、服務(wù)功能完備等特點(diǎn)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)可靠、運(yùn)行穩(wěn)定，既能準(zhǔn)確表達(dá)監(jiān)測點(diǎn)的工作狀態(tài)，也能對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并提出初步風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，還能多渠道多形式適時(shí)分級(jí)發(fā)布預(yù)警信息，為運(yùn)行單位隨時(shí)隨地掌握工程結(jié)構(gòu)安全和決策部門在關(guān)鍵時(shí)刻的決策分析提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持與信息參考,具體特點(diǎn)有：

1）數(shù)據(jù)采集快:輕松實(shí)現(xiàn)高達(dá)20Hz連續(xù)高速實(shí)時(shí)的精密數(shù)據(jù)采集；

2）監(jiān)測精度高:算法先進(jìn)，能運(yùn)用小波精密分析法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)單歷元毫米級(jí)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(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)方便；

4）分析手段多:能計(jì)算三維位移分量及各向變形速率，能自動(dòng)生成變形歷時(shí)曲線圖、變形空間分布圖、多變量相關(guān)圖，能根據(jù)實(shí)地地形數(shù)據(jù)生成三維仿真圖，并能生成實(shí)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(duì)變形監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析與簡單評(píng)價(jià)，并能根據(jù)預(yù)設(shè)警界值和實(shí)測值進(jìn)行對(duì)比判別，及時(shí)進(jìn)行多渠道多形式預(yù)警信息或狀態(tài)信息的發(fā)布，隨時(shí)隨地掌握運(yùn)行狀態(tài)，真正實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和無人值守；

6）應(yīng)用范圍廣:本監(jiān)控系統(tǒng)不僅能應(yīng)用于各類尾礦庫實(shí)時(shí)安全監(jiān)控,還可以在滑坡地質(zhì)災(zāi)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(yīng)用。

3 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由庫區(qū)監(jiān)測終端、網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)、監(jiān)測數(shù)據(jù)處理服務(wù)中心、預(yù)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(jì)型、永久基站型、分體網(wǎng)絡(luò)Ⅰ型、分體網(wǎng)絡(luò)Ⅱ型、一機(jī)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(shí)間、氣候的影響，建立尾礦庫安全監(jiān)控、安全分析評(píng)價(jià)，安全預(yù)警，安全指揮管理系統(tǒng)，對(duì)尾礦庫的安全狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測、分析與預(yù)報(bào)，能確保尾礦庫的安全管理，同時(shí)，提高安全監(jiān)管部門對(duì)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(shí)時(shí)在線監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)組成

4結(jié)束語

通過進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析、管理等操作，對(duì)尾礦庫風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)行安全評(píng)估和預(yù)警，是實(shí)現(xiàn)尾礦庫監(jiān)測預(yù)警的有效途徑，建立便于尾礦庫運(yùn)行期安全管理和潰壩風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)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(qiáng)企業(yè)、社會(huì)、政府對(duì)于尾礦庫災(zāi)害的預(yù)警響應(yīng)能力奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

實(shí)踐證明，基于GNSS技術(shù)的尾礦庫在線安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定、投資經(jīng)濟(jì)，目前已成功應(yīng)用于尾礦壩變形監(jiān)測，在滑坡地質(zhì)災(zāi)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(lǐng)域，應(yīng)用前景廣闊。

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