CN112611354A - 一种矿山地表沉降监测系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种矿山地表沉降监测系统，包括多个GNSS参考站、无线网络和监测预警主机；GNSS参考站设置在矿山监测区域地表；GNSS参考站包括安装在竖直墩柱上的GPS主机、无线通信模块和电源模块；GPS主机接收CORS系统发送连续的GPS定位信息并生成该地表的实时三维GPS定位数据，并通过无线通信模块经无线网络发送给监测预警主机；CORS系统向GPS主机发送GPS定位信息，并经过处理生成相应的GNSS参考站的地表沉降数据，地表沉降数据经CORS系统实时传送给监测预警主机；监测预警主机接收实时的三维GPS定位数据及实时的地表沉降数据。本申请可实时监测矿山地表沉降，具有系统稳定、全天候监测、可远距离信息传输及预警方式灵活多样的特点。

Description

一种矿山地表沉降监测系统

技术领域

本申请涉及地质监测技术领域，尤其是涉及一种矿山地表沉降监测系统。

背景技术

随着经济社会的飞速发展，对矿产品的需求越来越大，很多矿物需要地下开采，由于应力平衡因素随着开采空区体积的增大及时间的推移，常导致开采空区地表沉降或塌陷，进而影响矿山安全生产；，造成农田破坏、地面建筑物损坏、改变地表环境。

因此，有必要对开采矿区的地表沉降进行有效监测，，但现有的监测方法较为落后，依然采取手持GPS测量仪器和人工目视监测，监测工具主要为GPS、钢卷尺、标杆、皮尺等，测量精度无法满足矿山地质环境监测要求，监测数据收集不方便，不能保证数据的精确性及连续性，急需进一步提升，以保障矿区周边土地及居民安全。

发明内容

本申请的目的是为了能够实时监测矿山地表沉降，提供系统稳定、全天候监测、可远距离信息传输、预警方式灵活多样的一种矿山地表沉降监测系统。

本申请的上述申请目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种矿山地表沉降监测系统，包括多个GNSS参考站、无线网络和监测预警主机；所述GNSS参考站设置在矿山监测区域地表；所述GNSS参考站包括安装在竖直墩柱上的GPS主机、无线通信模块和电源模块，所述电源模块电性连接GPS主机和无线通信模块，所述GPS主机接收CORS系统发送连续的GPS定位信息并生成该地表的实时三维GPS定位数据，所述无线通信模块用于将GPS主机生成的三维GPS定位数据发送给监测预警主机；所述无线网络提供无线数据传输通道，将GPS主机生成的实时三维GPS定位数据传送给监测预警主机；所述CORS系统向所述GPS主机发送GPS定位信息，并经过处理生成相应的GNSS参考站的地表沉降数据，所述地表沉降数据经CORS系统实时传送给监测预警主机；所述监测预警主机接收实时的三维GPS定位数据及实时的地表沉降数据。

通过采用上述技术方案，在矿区地表设置多个GNSS参考站，GNSS参考站的GPS主机接收CORS系统发送连续的GPS定位信息并生成该地表的实时三维GPS定位数据并通过无线网络发送给监测预警主机；所述CORS系统处理三维GPS定位数据生成相应的GNSS参考站的地表沉降数据并实时传送给监测预警主机，可以对地表沉降进行自动、准确、实时的动态监测。

优选地，所述电源模块包括太阳能板和蓄电池，所述太阳能板电性连接蓄电池。

通过采用上述技术方案，太阳能板可以将太阳能转换为电能储存在蓄电池中，为GNSS参考站提供不间断电源供应，为保证系统的全天候运行提供动力。

优选地，所述监测预警主机包括数据处理模块和地表沉降监测模块；

所述数据处理模块对接收的实时三维GPS定位数据和实时地表沉降数据进行数据处理，建立相应的地表沉降信息数据库；

所述地表沉降监测模块将接收到的地表沉降数据与预设的地表沉降阈值进行比较，当接收到的地表沉降数据大于预设的地表沉降阈值时，发送地表沉降预警信息。

通过采用上述技术方案， 数据处理模块对接收的数据进行处理后建立相应的地表沉降数据库，地表沉降监测模块当接收到的地表沉降数据大于预设的地表沉降阈值时，发送地表沉降预警信息,可以实时对矿山地表沉降进行实时监测，及时获得地表沉降相关信息。

优选地，所述预警信息通过移动通信和/或互联网向监测预警人发送手机短信、手机APP信息和/或网络监测信息。

通过采用上述技术方案，可将预警信息采用短信、手机app、网页、邮件等方式进行发布，预警信息的发布方便灵活。系统可实现远程查看、操控、管理、维护远程操作，勿需安装任何客户端程序即可进行远程查看、操控、管理与维护，只要有互联网络就能进行远程访问。

优选地，所述无线通信模块为3G或4G通信模组。

通过采用上述技术方案，3G或4G通信模组可以进行无线通信协议的无线通信，方便信息的传输，减少网络运营成本。

优选地，所述GNSS参考站设有视频监测装置，所述视频监测装置连接电源模块，所述视频监测装置用于对GNSS参考站区域进行视频监测，所述无线通信模块将视频监测装置拍摄的视频监测信号发送给视频监测主机，所述视频监测主机还连接存储器，所述存储器用于存储视频监测主机接收的所述视频监测信号。

通过采用上述技术方案，视频监测装置可以将 GNSS参考站区域的视频监测的画面实时传送给视频监测主机，视频监测主机将接收的视频监测信号存储在存储器中，通过互联网，视频监测主机用户可调用实时的现场视频监测信号，并可查询存储在存储器中历史视频监测信息。

优选地，所述墩柱上端套设开口向下的防护罩，所述墩柱下端深入不冻土层以下不小于0.6米，所述墩柱位于地表上方设有墩台。

通过采用上述技术方案，设置防护罩可以有效保护GPS参考站的安全，防止雨水侵蚀，墩柱下端深入不冻土层不小于0.6米可提高墩柱的稳定性及防雷效果，设置墩台可以提高墩柱抗雨水的侵蚀，延长墩柱的使用寿命。

优选地，所述GNSS参考站还包括防雷装置，所述防雷装置包括安装在墩柱上的避雷针、接地线和石墨接地极，所述避雷针依次连接接地线和石墨接地极，所述石墨接地极深入不冻土层。

通过采用上述技术方案，通过设置防雷装置，可以在雷雨天气里，避免GNSS参考站被雷电击中，延长GNSS的使用寿命，降低运营成本。

优选地，所述墩柱顶部中心与避雷针的针尖连线的仰角不小于45°。

通过采用上述技术方案，可以提高GNSS参考站防雷电效果，保证GNSS参考站的安全运行。

综上所述，本申请的有益技术效果为：

本申请通过设置GNSS参考站、无线网络和监测预警主机；GNSS参考站接收CORS系统发送连续的GPS定位信息并生成该地表的实时三维GPS定位数据，并发送给监测预警主机，所述CORS系统生成相应的GNSS参考站的地表沉降数据，并实时传送给监测预警主机；实现对矿区地表沉降监测的实时性、准确性、远程性、自动化及预警形式的多样性。

本申请通过设置防雷装置，可起到较好的避雷效果，避免GNSS系统在雷雨天气里被雷电击中，起到较好的防护效果。

附图说明

图1是本申请的结构框图；

图2是本申请的GNSS参考站的结构框图；

图3是本申请的结构示意图。

图示，1、GNSS参考站；11、墩柱；111、防护罩；112、墩台；12、GPS主机；13、无线通信模块；14、电源模块；141、太阳能板；142、蓄电池；15、视频监测装置；2、无线网络；3、监测预警主机；31、数据处理模块；32、地表沉降监测模块；4、CORS系统；5、视频监测主机；6、存储器；7、避雷针；71、接地线；72、石墨接地极；8、不冻土层；9、钢筋。

具体实施方式

以下结合附图对本申请作进一步详细说明。

如图1所示，一种矿山地表沉降监测系统，包括多个GNSS参考站1、无线网络2和监测预警主机3。

如图1、2所示，GNSS参考站1设置在矿山监测区域地表；GNSS参考站1包括安装在竖直墩柱11上的GPS主机12、无线通信模块13和电源模块14；本实施例的无线通信模块13采用3G或4G通信模组，3G或4G通信模组可以进行无线通信协议的无线通信，减少网络组建、运营成本。电源模块14包括太阳能板141和蓄电池142，太阳能板141电性连接蓄电池142。太阳能板141可以将太阳能转换为电能储存在蓄电池142中，为GNSS参考站1提供不间断电源供应，为保证系统的全天候运行提供动力。电源模块14电性连接GPS主机12和无线通信模块13，GPS主机12接收CORS系统4发送连续的GPS定位信息并生成该地表的实时三维GPS定位数据，无线通信模块13用于将GPS主机12生成的三维GPS定位数据发送给监测预警主机3。

如图1所示，本实施例的监测预警主机3包括数据处理模块31和地表沉降监测模块32。

数据处理模块31对接收的实时三维GPS定位数据和实时地表沉降数据进行数据处理，建立相应的地表沉降信息数据库，可对该矿山地表沉降数据进行分析、研究。

地表沉降监测模块32将接收到的地表沉降数据与预设的地表沉降阈值进行比较，当接收到的地表沉降数据大于预设的地表沉降阈值时，发送地表沉降预警信息。

预警信息可通过移动通信和/或互联网向监测预警人发送手机短信、手机APP信息和/或网络监测信息。将预警信息采用短信、手机app、网页、邮件等方式和渠道进行发布，预警信息的发布方便灵活、及时。

无线网络2提供无线数据传输通道，将GPS主机12生成的实时三维GPS定位数据传送给监测预警主机3。

CORS系统4通过固定的、连续运行的GPS参考站向GPS主机12发送GPS定位信息，并经过处理生成相应的GNSS参考站1的地表沉降数据，地表沉降数据经CORS系统4的通信网络和无线传播网实时传送给监测预警主机3；监测预警主机3接收实时的三维GPS定位数据及实时的地表沉降数据。

GNSS参考站1可进行三维坐标的精密位移监测，布点灵活、方便。北斗卫星不受恶劣天气影响（如特大雷雨、暴雨天气），全天候24小时进行实时数据采集工作。数据可靠、同步输出、多种传输方式系统稳定，实时采集、单历元高精度算法、解算过程无需人工干预，多模通讯，多用户访问，设备在输出原始数据同时备份循环存储，保证数据安全，高精解算、1秒单历元解算，平面：（2.5mm），高程：±(5.0mm)，兼容性强、管理方便、系统自动化程度高。

系统可实现远程查看、操控、管理、维护远程操作，勿需安装任何客户端程序即可进行远程查看、操控、管理与维护，方便易用，不论你身在何处，只要有互联网络就能进行远程访问。

GNSS参考站1设有视频监测装置15，视频监测装置15连接电源模块14，视频监测装置15用于对GNSS参考站1区域进行视频监测，无线通信模块13将视频监测装置15拍摄的视频监测信号发送给视频监测主机5，视频监测主机5还连接存储器6，存储器6用于存储视频监测主机5接收的视频监测信号。视频监测主机5用户可实时调用的现场视频监测信号，并可查询存储在存储器6中历史视频监测信息。

如图3所述，本实施例中，墩柱11为钢筋9和混凝土浇筑的柱体，为防止雨水侵蚀，墩柱11上端套设开口向下的防护罩111；墩柱11下端深入不冻土层8以下不小于0.6米，可有效提高防雷效果；墩柱11位于地表上方设有墩台112，墩台112也采用钢筋9与混凝土浇筑，以提高墩柱11抗雨水的侵蚀，增强墩柱11的稳定性。

如图3所示，本实施例中，为了避免GNSS参考站1被雷达击中，GNSS参考站1还设置了防雷装置，防雷装置包括安装在墩柱11上的避雷针7、接地线71和石墨接地极72，避雷针7依次连接接地线71和石墨接地极72，石墨接地极72深入不冻土层8。

如图3所示，为了提高防雷装置的防雷效果，保证GNSS参考站1的安全运行，墩柱11顶部中心与避雷针7的针尖连线的仰角α不小于45°。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种矿山地表沉降监测系统，其特征在于，包括多个GNSS参考站(1)、无线网络(2)和监测预警主机(3)；所述GNSS参考站(1)设置在矿山监测区域地表；所述GNSS参考站(1)包括安装在竖直墩柱(11)上的GPS主机(12)、无线通信模块(13)和电源模块(14)，所述电源模块(14)电性连接GPS主机(12)和无线通信模块(13)，所述GPS主机(12)接收CORS系统(4)发送连续的GPS定位信息并生成该地表的实时三维GPS定位数据，所述无线通信模块(13)用于将GPS主机(12)生成的三维GPS定位数据发送给监测预警主机(3)；所述无线网络(2)提供无线数据传输通道，将GPS主机(12)生成的实时三维GPS定位数据传送给监测预警主机(3)；所述CORS系统(4)向所述GPS主机(12)发送GPS定位信息，并经过处理生成相应的GNSS参考站(1)的地表沉降数据，所述地表沉降数据经CORS系统(4)实时传送给监测预警主机(3)；所述监测预警主机(3)接收实时的三维GPS定位数据及实时的地表沉降数据。

2.如权利要求1所述的矿山地表沉降监测系统，其特征在于，所述电源模块(14)包括太阳能板(141)和蓄电池(142)，所述太阳能板(141)电性连接蓄电池(142)。

3.如权利要求1所述的矿山地表沉降监测系统，其特征在于，所述监测预警主机(3)包括数据处理模块(31)和地表沉降监测模块(32)；

所述数据处理模块(31)对接收的实时三维GPS定位数据和实时地表沉降数据进行数据处理，建立相应的地表沉降信息数据库；

所述地表沉降监测模块(32)将接收到的地表沉降数据与预设的地表沉降阈值进行比较，当接收到的地表沉降数据大于预设的地表沉降阈值时，发送地表沉降预警信息。

4.如权利要求3所述的矿山地表沉降监测系统，其特征在于，所述预警信息通过移动通信和/或互联网向监测预警人发送手机短信、手机APP信息和/或网络监测信息。

5.如权利要求1所述的矿山地表沉降监测系统，其特征在于，所述无线通信模块(13)为3G或4G通信模组。

6.如权利要求1所述的矿山地表沉降监测系统，其特征在于，所述GNSS参考站(1)设有视频监测装置(15)，所述视频监测装置(15)连接电源模块(14)，所述视频监测装置(15)用于对GNSS参考站(1)区域进行视频监测，所述无线通信模块(13)将视频监测装置(15)拍摄的视频监测信号发送给视频监测主机(5)，所述视频监测主机(5)还连接存储器(6)，所述存储器(6)用于存储视频监测主机(5)接收的所述视频监测信号。

7.如权利要求1所述的矿山地表沉降监测系统，其特征在于，所述墩柱(11)上端套设开口向下的防护罩(111)，所述墩柱(11)下端深入不冻土层(8)以下不小于0.6米，所述墩柱(11)位于地表上方设有墩台(112)。

8.如权利要求7所述的矿山地表沉降监测系统，其特征在于，所述GNSS参考站(1)还包括防雷装置，所述防雷装置包括安装在墩柱(11)上的避雷针(7)、接地线(71)和石墨接地极(72)，所述避雷针(7)依次连接接地线(71)和石墨接地极(72)，所述石墨接地极(72)深入不冻土层(8)。

9.如权利要求8所述的矿山地表沉降监测系统，其特征在于，所述墩柱(11)顶部中心与避雷针(7)的针尖连线的仰角不小于45°。

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