GNSS系统在矿山采空区地质灾害监测中的应用

（湖南省地质矿产勘查开发局四0八队，湖南 郴州 423000）

对于地质灾害防治来说，变形监测是灾害预测预报信息获取的一种可靠手段，将GNSS系统应用在矿山采空区地质灾害监测中，一方面是GNSS自动化监测技术发展越来越满足地质灾害监测的需求；另一方面也是构建自动化灾害监测体系的必然需求，加强研究GNSS系统在地质灾害变形监测中的应用是极为必要的。

1 矿山采空区地质灾害的GNSS测量方法

GNSS即为全球导航卫星系统，是指以卫星为载体对地面上的用户进行定位导航的技术，其组成包括全球系统、区域系统和广域增强系统三个部分。

GNSS系统的定位原理为：利用卫星提供的已知空间坐标，基于测距交会原理对地面上的物体的三维坐标进行测定；GNSS系统的测量过程中均是在WGS-84坐标系统下实施的。

在矿山采空区地质灾害监测中应用GNSS系统时，由于受到区域环境等因素影响，通常采用差分技术来确保系统的监测精度，具体操作方式为：在不受地质灾害影响的范围内布设1台GNSS接收机，在易发灾害区布设若干个监测站，利用差分技术对观测测量获取的数据进行处理，这种操作可有效提高监测精度。

2 实例分析GNSS系统在矿区地质灾害监测中的应用

2.1 GNSS监测网点布设分析

针对大范围的矿区地质灾害监测，有必要建立GNSS基准网，且基准网需与待检测区地理范围相适应；对于规模较小的常见矿区地质灾害，由于单个基准点就可以提供较高的监测精度，考虑到成本费用，通常采用布设独立基准点的方式，无需构建GNSS基准网；在布设基准点时，应综合考虑基准点稳定性和消除相关性误差这两个方面；在选点工作中，尽可能远离会对点位造成强干扰的位置等。

根据现场踏勘，在设计图坡体后缘和中部有裂缝带，选择采空区易发生裂缝处SP01处设置一套远程自动监测系统主机点SP01，在坡体中部设置一套GNSS接收机GN01；另外在坡体后缘和中部设置三套裂缝计LF01-LF03和一套激光测距仪JG01，组建一套自动监测系统（图1）。

图1 监测系统布设示意图

2.2 监测精度

地表位移监测的平面位移监测精度按照《建筑变形测量规范》所列二等精度指标施测，具体精度指标见表如下：

沉降监测点 位移观测 适用范围测站高差中误差（mm） 坐标中误差（mm）≤±0.5 ≤±3.0 重要场地监测

根据规范要求，GNSS监测系统的精度情况如下表：

序号 监测项目 监测仪器 系统精度1 GNSS监测 固定GNSS接收机水 平：±（2.5 mm + 0.5mm/km×d）;高 程：±（2.5 mm +0.5mm/km×d）2 滑坡表面位移监测 滑坡裂缝计 ±0.2mm 3 激光测距监测 激光测距仪 ±1.5mm 4 视频监控 视频一体机 焦距16mm

3 地质灾害监测GNSS测量模式和精度提高措施

3.1 GNSS测量模式选择的原则

GNSS测量模式主要分为静态测量模式和动态测量模式，这两种测量模式的区别在于观测时长和测量精度，在矿山地质灾害预警监测中应综合考虑观测时长和测量精度的影响，确保选择的测量模式能更好的适应地质灾害监测过程。

在选择测量模式时应坚持以下原则：①在初始阶段，由于地质变形速率较低，可考虑选择静态测量模式，但在测量过程中应减少监测时长、增加观测频率；②匀速变形阶段，变性速率低且稳定，宜采用GNSS静态相对定位模式，并在测量过程中增加观测时长、减少监测频率；③在进入加速变形阶段后，变形速率大，动态测量模式因其较高的监测频率和较短的监测时间，更适用于加速变形阶段。

3.2 提高采空区地质灾害GNSS测量精度的措施

3.2.1 星历误差

星历误差主要是指卫星坐标和卫星实际位置的差异值，影响误差的因素包括地面控制站的定轨质量、分布及数量等。在矿区地质灾害监测的过程中，为了进一步满足监测精度，通常采用精密星历，其可为几千米甚至达到10km的基线提供亚毫米级的测量精度。

3.2.2 电离层

GNSS信号从卫星发射到接收机接收的过程中，信号传播速率通常会受到电离层折射率的影响而发生变化，通常将卫星到接收机的距离记为光速和传播时间的乘积，以减少电离层折射误差的出现。

3.2.3 多路径效应

常见的GNSS定位误差包括接收机天线的对中误差和多路径效应误差，一般采用在观测墩上安装强制对中盘的措施来控制接收机天线对中误差，且基本能将该误差控制在1mm～3mm。

若接收机位于一些地域条件较差的区域时，多路径误差可达到19cm左右，而这一现象直接与接收机性能所处环境下地物对卫星信号的反射系数相关。

通过情况下，在卫星信号频率固定的情况下，矿区周边自然环境对卫星信号反射能力较弱，而水面对卫星信号具有较强的反射作用，基本不会造成能量损失，测量精度有所保障。

4 结语

从全文的分析内容可总结出以下几点：①GNSS技术可在地形复杂、遮盖物较多的地区充分发挥优势，观测精度高；②选择适宜的测量模式，可将矿山采空区地质灾害特征全面反映出来，测量布设数量可结合地质变形特征适当减少，以提高作业效率；③在地质灾害变形情况不明的条件下，应展开应急变形监测作业。将GNSS技术应用到矿山采空区地质灾害监测中，对地质灾害的预防预报、减少经济损失等具有重要意义和作用，可在地质灾害和工程实际中予以推广应用。

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