智能全站儀在尾礦庫表面位移監(jiān)測中的應(yīng)用

趙啟海

摘要：智能全站儀在尾礦庫表面位移監(jiān)測中的應(yīng)用是研究中心，根據(jù)甘肅省禮縣石橋鎮(zhèn)馬泉金礦尾礦庫具體情況，及時對智能全站儀的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行剖析，并且客觀總結(jié)智能全站儀在尾礦庫表面位移監(jiān)測中的應(yīng)用優(yōu)勢。隨后從變形監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)布置、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、外業(yè)觀測業(yè)內(nèi)處理、精度分析等方面，就徠卡第五代測量機(jī)器人TS60全站儀的應(yīng)用展開詳細(xì)研究。目的在于科學(xué)認(rèn)識智能全站儀在尾礦庫表面位移監(jiān)測中的作用，完善尾礦庫表面位移監(jiān)測系統(tǒng)，提高監(jiān)測的精準(zhǔn)度與效率。

關(guān)鍵詞：智能全站儀;尾礦庫;表面位移監(jiān)測;精度分析

一、概述

1.尾礦庫智能全站儀應(yīng)用現(xiàn)狀

甘肅省禮縣石橋鎮(zhèn)馬泉金礦尾礦庫已運(yùn)行了多年，近年年降水量不斷增加，該尾礦庫抵制自然災(zāi)害的能力不斷下降，安全隱患日益增多。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，故而搞好尾礦庫的安全監(jiān)測意義重大。該尾礦庫表面位移監(jiān)測采用徠卡第五代測量機(jī)器人TS60全站儀觀測。通過近兩年觀測，獲取數(shù)據(jù)精度可靠，減少了人力財力的消耗，對尾礦庫安全監(jiān)管提供有力的保障。

2.智能全站儀應(yīng)用優(yōu)勢

智能全站儀在實(shí)際應(yīng)用中，能夠針對尾礦庫具體情況，及時對表面位移進(jìn)行檢測。尤其是三維軟件的加入，根據(jù)尾礦庫表面位移點(diǎn)位，瞬時完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，生成3D模型，方便監(jiān)測觀察。觸摸屏技術(shù)的輔助下，對尾礦庫表面展開測量，統(tǒng)計相關(guān)數(shù)據(jù)。智能全站儀設(shè)計中，通過內(nèi)外一體化結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大監(jiān)測視場角，面臨尾礦庫特殊條件的影響，同樣可以完成長距離測量，并且對檢測點(diǎn)及時鎖定，迅速展開測量，為測量人員提供更多測量方便。

智能全站儀在強(qiáng)光或者雨霧等影響下，系統(tǒng)會自動完成表面位移監(jiān)測校對，通過棱鏡校準(zhǔn)的方式，在復(fù)雜環(huán)境下依然能夠及時完成表面位移檢測任務(wù)。相比傳統(tǒng)檢測設(shè)備，智能全站儀運(yùn)行精度得到優(yōu)化，同時操作更便捷，滿足表面位移監(jiān)測需求，提高了監(jiān)測的可靠性與精準(zhǔn)性，很大程度上減少丈量誤差。

二、變形監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)布置

測區(qū)位于甘肅省隴南市禮縣石橋鎮(zhèn)，開采礦種為金礦，尾礦庫呈西東走向，監(jiān)測點(diǎn)根據(jù)壩體堆場馬道以5米左右的高度差進(jìn)行分層布設(shè)，共分7層，每層布設(shè)3個觀測點(diǎn)，點(diǎn)間距20米。共23個觀測點(diǎn)。

利用礦區(qū)已有GPSE級控制點(diǎn)GP01為基準(zhǔn)點(diǎn)，GP02為后視點(diǎn)，采用測回法觀測，高程采用三角高程。變形監(jiān)測布點(diǎn)如圖1所示。

三、主要執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

1.《工程測量規(guī)范》（GB50026-2007）;

2.《巖土工程監(jiān)測規(guī)范》（YS5229-96）;

3.《金屬非金屬礦山安全規(guī)范》（GB16423-2006）;

4.《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2002）;

5.《尾礦庫在線安全監(jiān)測系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》（GB51108-2015）;

6.《中、短程光電測距規(guī)范》（GB/T16818-1997）;

7.《國家三角測量規(guī)范》（GB/T17942-2000）。

四、外業(yè)觀測

1.TS60全站儀（0.5″）設(shè)站方式選擇“已知后視點(diǎn)”，在已知點(diǎn)上設(shè)站，測量一個已知目標(biāo)點(diǎn)設(shè)置定向。設(shè)定新建測站點(diǎn)的點(diǎn)號坐標(biāo);照準(zhǔn)后視點(diǎn)設(shè)置測站定向。

2.TS60全站儀具備自動執(zhí)行多測回測角的功能。選用“多測回測角（中國版）“功能，選擇進(jìn)入測站設(shè)置界面，選擇新建作業(yè)。在此界面輸入測站點(diǎn)號、觀測測回、儀器高度，測量方式設(shè)為自動，輸出文件格式為obs格式。

3.目標(biāo)重測次數(shù)設(shè)為3，即自動觀測時對每個觀測點(diǎn)測量3次取均值。超限重測次數(shù)設(shè)為10，在觀測過程中儀器會自動計算檢查是否超限，若發(fā)現(xiàn)超限則立即重新觀測，直到觀測數(shù)據(jù)合格或重復(fù)觀測次數(shù)達(dá)到10次。各個限差數(shù)值也可在此界面設(shè)置。

4.設(shè)置完成后需進(jìn)行一次手動學(xué)習(xí)測量。在學(xué)習(xí)測量界面輸入目標(biāo)觀測點(diǎn)的點(diǎn)號及目標(biāo)高后照準(zhǔn)棱鏡測存即可。如果棱鏡數(shù)量充足，同一測站學(xué)習(xí)測點(diǎn)的數(shù)量沒有限制，可點(diǎn)擊【點(diǎn)列表】選項(xiàng)核查以保存的點(diǎn)。

5.學(xué)習(xí)測量完成后即可進(jìn)入自動測量界面開始測量。數(shù)據(jù)查看界面可查看已完成作業(yè)的部分測量數(shù)據(jù)，詳細(xì)數(shù)據(jù)需經(jīng)過內(nèi)業(yè)解算后可查看。

五、內(nèi)業(yè)處理

1.使用徠卡多測回數(shù)據(jù)管理程序進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理。新建作業(yè)并導(dǎo)入測量數(shù)據(jù)，此時彈出【測站信息】對話框，完成填寫后點(diǎn)擊確定。

2.程序下方可查看各測回中觀測點(diǎn)的詳細(xì)觀測結(jié)果，其中平距和高差需要使用【斜距傾斜改正】和【高差計算】功能計算得出。各項(xiàng)觀測精度指標(biāo)如下圖2所示。

3.點(diǎn)擊【多測回數(shù)據(jù)分析】啟動徠卡多測回數(shù)據(jù)分析程序。點(diǎn)擊【平差設(shè)置】設(shè)置橢球投影和計算方式。

點(diǎn)擊【數(shù)據(jù)平差】彈出【數(shù)據(jù)平差】對話框。插入已知點(diǎn)GP01、GP02，已知類型選擇全部已知，選好需要平差的作業(yè)及周期，即可計算并生成平差結(jié)果。

利用成果功能可導(dǎo)出外業(yè)觀測手簿與平差結(jié)果。如圖2-圖5所示

六、精度分析

根據(jù)智能全站儀對尾礦庫進(jìn)行監(jiān)測，測量主要方式選擇極坐標(biāo)方法，通過角度、距離測設(shè)點(diǎn)展開具體的位移平面位置監(jiān)測。參考圖6示意圖，其中平面控制點(diǎn)以A、B為主，由此得到示意圖測量坐標(biāo)，分別為A（xA，yA）與B（xB，yB）。圖6中監(jiān)測期間所出現(xiàn)的特征點(diǎn)變化，主要表現(xiàn)在P、Q、R、S幾方面，由此得到變形特征坐標(biāo)，分別為P（xp，yp）、Q（xQ，yQ）、R（xR，yR）、S（xS，yS）。

隨后根據(jù)測量情況展開計算，具體過程如下：

隨后對兩者的夾角進(jìn)行計算，計算過程為：

根據(jù)夾角計算與已知條件，展開水平距離計算，計算過程如下：

計算公式中，表面位移監(jiān)測的角度為α、β，已知的測點(diǎn)距離為DAP。根據(jù)甘肅省禮縣石橋鎮(zhèn)馬泉金礦尾礦庫表面位移監(jiān)測具體情況，在徠卡第五代測量機(jī)器人TS60全站儀觀測輔助下，及時得到位移變形的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并且迅速整理后將信息傳輸至監(jiān)測平臺，隨后計算表面位移所產(chǎn)生的變形量，實(shí)時公布位移數(shù)據(jù)

精度分析工程中，選擇甘肅省禮縣石橋鎮(zhèn)馬泉金礦尾礦庫監(jiān)測中的頂端面作為主要研究區(qū)域，其中觀測周期與時間具體信息詳見表1。

根據(jù)監(jiān)測模型變化以及數(shù)據(jù)波動發(fā)現(xiàn)，該尾礦庫頂端面區(qū)域，位移變化趨勢以及擬合度具體如下：

變化趨勢y=-0.02x2+0.982x+9.355，擬合度0.929。

結(jié)合監(jiān)測計算數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，隨著尾礦庫頂端面區(qū)域的逐漸位移，變化趨勢出現(xiàn)明顯波動，有原有的變化趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)閥=-0.008x2+0.654x+10.39，并且擬合度由0.929變?yōu)?.906。由此看出，尾礦庫表面位移的監(jiān)測至關(guān)重要，能夠幫助監(jiān)測人員對變化規(guī)律加以掌握。其中平面位移變形量與豎向下沉之間呈正比例。12周的監(jiān)測觀察，變形量數(shù)值變大，豎向下沉數(shù)值變大。不僅如此，智能全站儀的支持下，智能監(jiān)測系統(tǒng)增加了多樣報警功能，根據(jù)在線監(jiān)測情況，利用聲光或者短信等方式，迅速將監(jiān)測情況上報到信息處理平臺。系統(tǒng)接收到報警信息后，及時尾礦庫展開復(fù)核，經(jīng)過反復(fù)測量，發(fā)現(xiàn)變形情況與上報數(shù)值相同。著手對位移原因研究，發(fā)現(xiàn)主要因?yàn)樽訅味逊e，機(jī)械施工期間，尾礦庫受到影響而出現(xiàn)變形。雖然尾礦庫處于變形位移狀態(tài)，但是也表明，壩體在不斷維護(hù)中，變形趨勢得到明顯改善，同時從固結(jié)穩(wěn)定角度分析，壩體的狀態(tài)逐漸好轉(zhuǎn)。

由智能全站儀監(jiān)測下的尾礦庫表面位移變化趨勢研究與精確分析，對壩體位移有更全面的掌握。尤其是位移變形曲線方面，結(jié)合擬合度百分比，去判斷縱斷面變形、尾礦庫壩體變形是否一致。智能全站儀對于位移變形方面的監(jiān)測分析是準(zhǔn)確的，不僅將表面位移變形規(guī)律客觀呈現(xiàn)，同時也從多角度去了解壩體位移情況，方便管理人員對尾礦庫的管理。尾礦庫表面位移監(jiān)測期間，提高監(jiān)測精準(zhǔn)度，實(shí)現(xiàn)實(shí)時、在線、全天候?qū)Ρ砻嫖灰魄闆r進(jìn)行監(jiān)測。通過自動目標(biāo)識別的方式，明確表面位移監(jiān)測點(diǎn)，對位移變形等狀況全面覆蓋監(jiān)測，并且智能跟蹤，由此來實(shí)現(xiàn)智能全站儀監(jiān)測的目的。

七、結(jié)論

經(jīng)過該尾礦庫表面位移觀多次的觀測數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，利用徠卡0.5″TS60可靠，能夠及時預(yù)測壩體的變化趨勢，滿足了尾礦庫表面位置監(jiān)測精度及生產(chǎn)生活需要，經(jīng)濟(jì)效果良好。對于尾礦庫來講，管理人員想要直觀、全面的了解尾礦庫情況，表面位移監(jiān)測是重要手段。尾礦庫監(jiān)測系統(tǒng)積極應(yīng)用智能全站儀在，不僅實(shí)現(xiàn)了實(shí)時監(jiān)測，同時為管理人員對尾礦庫的管理提供了幫助。從多方面對危險因素進(jìn)行排除，科學(xué)調(diào)整尾礦庫的安全風(fēng)險等級，為事故預(yù)防方案制定提供更多參考。

尾礦庫表面位移由智能全站儀的監(jiān)測下，積極完善監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)，并且搭配變形監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計與檢算，及時對變形數(shù)據(jù)監(jiān)測信息統(tǒng)計、整合等過程進(jìn)行優(yōu)化，明確出現(xiàn)表面位移變形的原因，直觀觀察表面位移變形趨勢。根據(jù)尾礦庫實(shí)際情況，采取有效手段提升其安全等級。綜上所述，智能全站儀在尾礦庫表面位移中的應(yīng)用，不僅作用顯著，還具有非常廣闊的應(yīng)用空間，這對尾礦庫表面位移監(jiān)測管理與智能全站儀的發(fā)展前景等都具有重要意義。

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