CN109870101A - 基于卫星定位的采场边坡形变实时监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于卫星定位的采场边坡形变实时监测系统，包括监测测点、接收机、基站、数据中心、监控中心，数据中心包括数据采集中心、数据校验检测中心和分析处理中心，监控中心包括报警装置和信息提示装置；接收机为GNSS接收机，GNSS接收机上设有用于接收GPS、GLONASS、BDS、Galileo的一种或多种卫星信号的天线，GNSS接收机、基站、数据采集中心之间通过4G通信连接，基站包括参考站和监测站。本发明可以实时了解边坡情况，满足安全监测的快速反馈和远程管理，实现了边坡监测无人值守自动化。

Description

基于卫星定位的采场边坡形变实时监测系统

技术领域

本专利申请属于工业设备数据传输与安全监控技术领域，具体是一种基于卫星定位的采场边坡形变实时监测系统。

背景技术

在露天矿山生产过程中，随着矿石不断的被开采，采区、采坑逐渐加深，在采场边沿逐渐形成了难以治理的边坡。山体及边坡的稳定是影响采场能否安全、环保和高效运行的主要因素之一,因此,做好山体滑坡治理和高边坡加固成为土方工程工作的重中之重。

边坡坡体形变量微小且发生位移时人工不宜发现，需要实时、全方位不间断的对其检测，在发现形变时第一时间做好安全防护工作。

为了及时了解采场边坡坡体的形变数据和安全防护考虑，有必要开发利用一种基于卫星定位的采场边坡形变实时监测系统技术。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种基于卫星定位的采场边坡形变实时监测系统，及时了解采场边坡坡体的形变数据，满足安全防护需求。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于卫星定位的采场边坡形变实时监测系统，包括监测测点、设置在监测测点上的用于接收卫星信号的接收机、与监测测点通过接收机通信连接的基站、与基站通信连接的数据中心、与数据中心通信连接的监控中心；

数据中心包括与基站通信连接的数据采集中心、与数据采集中心连接的数据校验检测中心、与数据校验检测中心连接的分析处理中心；

监控中心包括与分析处理中心连接的报警装置和信息提示装置；

接收机为GNSS接收机，GNSS接收机上设有用于接收GPS、GLONASS、BDS、Galileo的一种或多种卫星信号的天线，GNSS接收机、基站、数据采集中心之间通过4G通信连接。

本发明技术方案的进一步改进在于：监测测点包括设置在沿边坡主滑动方向及滑动面范围的典型断面上的若干测线、通过底座设置在测线上的若干位移监测点，测线水平间距不大于100m，位移监测点垂直间距不大于50m。

本发明技术方案的进一步改进在于：位移监测点包括水平位移监测点和垂直位移监测点。

本发明技术方案的进一步改进在于：在永久性表面，位移监测点底座的埋入深度不小于1.0m；在冰冻区，位移监测点底座需埋入冰冻层0.5m以下；

对于岩质边坡，水平位移监测点相邻点位中误差不大于6mm，垂直位移监测点高程中误差不大于3mm；对于土质边坡，水平位移监测点相邻点位中误差不大于12mm，垂直位移监测点高程中误差不大于10mm。

本发明技术方案的进一步改进在于：水平位移监测点和垂直位移监测点为同一个位移监测点。

本发明技术方案的进一步改进在于：GNSS接收机上设置有用于4G通信的数据传输接口，数据传输接口为光纤、网络、GPRS、无线网桥、zigbee中的一种或多种。

本发明技术方案的进一步改进在于：基站包括若干个参考站和监测站，参考站为地面固定建筑物，监测站设置在边坡建筑物的屋顶固定点上，参考站和监测站均与数据采集中心通信连接。

本发明技术方案的进一步改进在于：参考站为两个，监测站为五个。

本发明技术方案的进一步改进在于：报警装置为声光报警器，信息提示装置为短信编辑发送器

由于采用了上述技术方案，本发明取得的有益效果是：本系统利用卫星定位来监测采场边坡形变，是利用现代电子、信息、通信及计算机技术，实现对采场边坡坡体形变监测指标数据实时、自动、连续采集、传输、管理及分析的监测技术，系统的实施目标是发现及预报采场边坡当前存在的问题及不足，便于企业和安全监管部门快速掌握与采场边坡安全密切相关的技术指标的最新动态，有利于及时掌握采场的运行状况和安全现状，提高采场的安全性。

利用本系统可以实时了解边坡情况，满足安全监测的快速反馈和远程管理，实现了边坡监测无人值守自动化。GPS、GLONASS、BDS、Galileo自由组合，多系统联合解算，支持北斗独立解算实现数据的传输；系统精度高、监测灵敏、受气象因素影响小。可实现高度自动化监测，降低人力成本；多传感器集成技术，全方位监测。数据中心对采集数据进行分析处理、显示到监控中心并可生成报表便于查询历史数据作对比。当发现及预报采场边坡当前存在的问题及不足且有声光报警装置，并编辑短信发送到相关负责人员手机，确保现场设备及人员的安全。

系统设有参考站和监测站，采用4G通讯方式进行数据传输，控制中心服务器搭载自动化监测软件。系统可提供1小时一次的监测成果，采用日平均变化量作为参考依据，样本数据量更多，为形变分析提供了数据支撑。系统不受天气干扰，每天24小时连续进行监测，各站监测时段统一，大大降低了外界因素对监测成果的影响。

附图说明

图1为本发明的定位原理图；

图2为本发明的组成示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

一种基于卫星定位的采场边坡形变实时监测系统，参见图1-图2，包括监测测点、设置在监测测点上的用于接收卫星信号的接收机、与监测测点通过若干个接收机通信连接的基站、与基站通信连接的数据中心、与数据中心通信连接的监控中心；

数据中心包括与基站通信连接的数据采集中心、与数据采集中心连接的数据校验检测中心、与数据校验检测中心连接的分析处理中心；

监控中心包括与分析处理中心连接的报警装置和信息提示装置，报警装置为声光报警器，信息提示装置为短信编辑发送器；

接收机为GNSS接收机，GNSS接收机上设有用于接收GPS、GLONASS、BDS、Galileo的一种或多种卫星信号的天线，GNSS接收机、基站、数据采集中心之间通过4G通信连接。GNSS接收机具体型号可为RT-2000GPS接收机，或其他兼容接收机。

监测测点包括设置在沿边坡主滑动方向及滑动面范围的典型断面上的若干测线、通过底座设置在测线上的若干位移监测点，测线水平间距不大于100m，位移监测点垂直间距不大于50m。位移监测点应与边坡牢固结合，未开采至最终边坡时，应在采场边坡上设置临时位移监测点。

位移监测点包括水平位移监测点和垂直位移监测点。当然水平位移监测点和垂直位移监测点为同一个位移监测点，合理有效利用位移监测点，实现资源的最大化。

在永久性表面，位移监测点底座的埋入深度不小于1.0m；在冰冻区，位移监测点底座需埋入冰冻层0.5m以下；

对于岩质边坡，水平位移监测点相邻点位中误差不大于6mm，垂直位移监测点高程中误差不大于3mm；对于土质边坡，水平位移监测点相邻点位中误差不大于12mm，垂直位移监测点高程中误差不大于10mm。

GNSS接收机上设置有用于4G通信的数据传输接口，数据传输接口为光纤、网络、GPRS、无线网桥、zigbee中的一种或多种。

基站包括若干个参考站和监测站，参考站为地面固定建筑物，监测站设置在边坡建筑物的屋顶固定点上，参考站和监测站均与数据采集中心通信连接。比如参考站为两个，监测站为四到十个，比如五个。这七个站点通过对应的GNSS接收机1至GNSS接收机n的GPS定位确定两个参考站的具体坐标并存入系统，五个监测站检测到的数据与参考站检测数据进行对比分析，得到位移数据。

当施工人员在边坡表面布设好接收机后，施工人员可以通过GNSS接收机所预置的数据传输接口(包括光纤、网络、GPRS、无线网桥、zigbee多种传输模式)等，将数据采用4G通讯方式实时传输至服务器或者数据中心，由接收机配套的解算系统对卫星坐标进行实时解算，最终得出测点的偏移方向以及偏移距离。

1.卫星定位监测原理

卫星定位是根据测量中的距离交会定点原理实现的。如图1所示,在待测点Q设置GNSS接收机,在某一时刻同时接收到3颗(或3颗以上)卫星S1、S2、S3所发出的信号。通过数据处理和计算,可求得该时刻接收机天线中心(测站点)至卫星的距离ρ1、ρ2、ρ3根据卫星星历可查到该时刻3颗卫星的三维坐标(Xj、Yj、Zj、),j＝1,2,3,从而由下式解算出Q点的三维坐标(X/Y/Z):

根据接收到的不同卫星信号和处理方法不同，卫星定位的主要方式可分为伪距测量定位、载波相位测量定位和差分定位。对于待定点，根据运动状态可分为静态定位和动态定位。单台GNSS接收机进行的定位成为单点定位或绝对定位；两台或两台以上接收机分别安置在不同的待测点上，通过同步观测卫星信号，确定待测点的相对位置，成为相对定位。

2.监测精度

◎静态、单历元解算精度：

◎平面：±(2.5mm+1x10-6D)；

◎高程：±(5.0mm+1x10-6D)；

◎单历元解算初始化时间：

◎小于10分钟。

因此卫星定位的形变监测是一种利用卫星定位、联合解算等技术对重点监测部位进行实时定位数据分析的形变监测手段，其具定位精度高、安装及维护成本相对较低等优点，但是其信号易受电磁干扰、防雷等级要求较高等。此系统基站部署在站高合适、周边安全可控、温湿度合适、供电方便等的地方。各监测测点的信息发送到GPS基站(或其他基站)，基站将采集到的数据传送到数据采集中心，经数据校验检测，以及分析处理后显示到监控中心。当发现及预报采场边坡当前存在的问题及不足且有声光报警装置，并通过短信编辑发送器编辑短信发送到相关负责人员手机。便于企业和安全监管部门快速掌握与采场边坡安全密切相关的技术指标的最新动态，有利于及时掌握采场的运行状况和安全现状，提高采场的安全性。

Claims (9)

1.一种基于卫星定位的采场边坡形变实时监测系统，其特征在于：包括监测测点、设置在监测测点上的用于接收卫星信号的接收机、与监测测点通过接收机通信连接的基站、与基站通信连接的数据中心、与数据中心通信连接的监控中心；

数据中心包括与基站通信连接的数据采集中心、与数据采集中心连接的数据校验检测中心、与数据校验检测中心连接的分析处理中心；

监控中心包括与分析处理中心连接的报警装置和信息提示装置；

接收机为GNSS接收机，GNSS接收机上设有用于接收GPS、GLONASS、BDS、Galileo的一种或多种卫星信号的天线，GNSS接收机、基站、数据采集中心之间通过4G通信连接。

2.根据权利要求1所述的基于卫星定位的采场边坡形变实时监测系统，其特征在于：监测测点包括设置在沿边坡主滑动方向及滑动面范围的典型断面上的若干测线、通过底座设置在测线上的若干位移监测点，测线水平间距不大于100m，位移监测点垂直间距不大于50m。

3.根据权利要求2所述的基于卫星定位的采场边坡形变实时监测系统，其特征在于：位移监测点包括水平位移监测点和垂直位移监测点。

4.根据权利要求3所述的基于卫星定位的采场边坡形变实时监测系统，其特征在于：在永久性表面，位移监测点底座的埋入深度不小于1.0m；在冰冻区，位移监测点底座需埋入冰冻层0.5m以下；

对于岩质边坡，水平位移监测点相邻点位中误差不大于6mm，垂直位移监测点高程中误差不大于3mm；对于土质边坡，水平位移监测点相邻点位中误差不大于12mm，垂直位移监测点高程中误差不大于10mm。

5.根据权利要求3-4任一项所述的基于卫星定位的采场边坡形变实时监测系统，其特征在于：水平位移监测点和垂直位移监测点为同一个位移监测点。

6.根据权利要求1所述的基于卫星定位的采场边坡形变实时监测系统，其特征在于：GNSS接收机上设置有用于4G通信的数据传输接口，数据传输接口为光纤、网络、GPRS、无线网桥、zigbee中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的基于卫星定位的采场边坡形变实时监测系统，其特征在于：基站包括若干个参考站和监测站，参考站为地面固定建筑物，监测站设置在边坡建筑物的屋顶固定点上，参考站和监测站均与数据采集中心通信连接。

8.根据权利要求7所述的基于卫星定位的采场边坡形变实时监测系统，其特征在于：参考站为两个，监测站为五个。

9.根据权利要求1所述的基于卫星定位的采场边坡形变实时监测系统，其特征在于：报警装置为声光报警器，信息提示装置为短信编辑发送器。