贵港市恒港勘察测绘有限公司 广西贵港 537100
摘要：随着社会的进步和我国科学技术的不断发展，我国对空间信息的监测管理和分析的研究越发注重，现阶段采用GNSS技术能够为我国收集空间信息和进行多元信息的管理提供便利。现代社会对GNSS技术的应用已经非常广泛，尤其是利用GNSS技术研究出变形监测系统，可用于提升监测工作的效率，并降低实践工作中的投入成本，由此可见探讨GNSS的变形监测系统设计是十分必要并且十分迫切的。基于此，本文主要对基于GNSS的实时变形监测系统的设计开发与应用相关内容作具体论述，希望通过本文的分析研究，给行业内人士以借鉴和启发。
关键词：露天矿山；GNSS监测系统；边坡位移；自动化监测
引言
近几年，在GNSS形变监测的基础上，引入或发展出一些相关的新技术，如伪卫星、一机多天线、合成孔径雷达和激光等，使得形变监测的技术越来越灵活便捷。近些年，随着连续运行跟踪站技术越来越成熟，也逐渐应用于形变监测中。中国北斗系统的不断完善和多星座GNSS兼容作业技术推进以及定位精度的提高，使用高频单历元方法完成GNSS实时精密定位，进而进行高精度变形监测成为可能。自动化监测系统允许以任意间隔采样———典型间隔可以是按秒、分钟、小时或者按天，测试精度得以提高，数据可以远程处理，从而向项目组提供有用信息。
1利用GNSS技术进行变形监测系统设计的必要性
利用GNSS技术进行变形监测系统设计的必要性主要涉及到以下方面内容：现阶段，露天矿开采面临诸多威胁，例如自然灾害的侵袭，开采矿产过程中爆破的影响以及开采过程中出现的坡体滑动问题，无论是哪种因素都会影响露天矿开采的安全和进度，对此，开展关于GNSS技术的变形监测系统设计研究是十分必要的。以往，露天矿开采的监测方式主要应用的是全站仪和摄影监测，这两种方法的结合使用虽然可以在一定程度上满足监测需求，但是随着露天矿开采工作量的日益增长已经渐渐失去作用。传统的监测方法无法保证露天矿开采过程中的人员开采安全，也不具备智能化的数据分析和处理功能，相比GNSS技术，传统的监测系统亟待得到基于GNSS技术的变形监测系统的替代。进入21世纪之后，全球卫星导航系统（GNSS）的开发和应用已经推广到许多领域，为各个领域的发展提供了技术支持，所以利用GNSS技术研究露天矿高边坡变形监测技术成为未来发展趋势。当前，国内露天矿开采深度值不断扩大，这使得露天矿开采对监测系统的要求越来越高，因而需要根据露天矿高边坡实际需求，进行基于GNSS的变形监测系统设计研究。
2系统功能设计
系统功能设计主要涉及六个方面：1)实时性。同时具备5min快速解和4h精密解两种变形监测成果输出模式，快速解用于特殊情况，精密解用于常规变形分析。(2)自动化。对水平位移、垂直位移可实现自动化采集、处理、分析和预警。(3)全天候。在雷电、暴雨等恶劣天气条件下能正常运行。(4)监测精度。系统每4h输出一次监测结果，监测点的水平监测精度相对于基准点不大于±3mm;系统24h解水平监测精度不大于±3mm，垂直位移监测精度不大于±3mm。(5)可拓展性。系统预留扩展接口，软件可兼容。(6)故障应对。具有故障自动自检与自诊断、掉电保护、防雷及抗干扰功能。
3 SatMos高精度GNSS实时变形监测系统
SatMos高精度GNSS实时变形监测系统相关内容如下：SatMos高精度GNSS实时变形监测系统由数据采集系统、数据传输系统、数据控制及分析系统、防雷系统、供电系统组成。基准站应该选在上空开阔，无遮挡的位置，如山头或楼顶，能够看到周围沿地平线高度角10°以上的全部天空。由于要进行长期的沉降观测，建立GNSS永久基准站观测墩，GNSS接收机安装在观测墩上，观测墩设置强制对中装置。流动站主要由固定观测墩、徕卡GPS双频接收机、太阳能、避雷针、电源、通讯模块等部分构成。
建立固定观测墩，观测墩应设有强制对中装置，在观测墩上安置接收机作为流动站。要实现数据的全天候实时传输，需要将流动站测量出的数据通过无线通讯模块及时传送到项目部的控制中心，达到实时监控的目的。在项目中基准站和流动站分别通过通讯模块连接到服务器中。采用SatMos数据处理软件进行数据处理和分析，以实现数据自动采集和计算分析。SatMos数据处理软件对基准站和流动站发送来的数据进行差分等处理，从而得到流动站坐标、沉降位移变化量、沉降位移变化曲线和垂直度变化量等等。
4GNSS技术为基础的变形监测预测点计算分析
一般我们认为，以GNSS技术为基础的变形监测系统可以实现三种监测模式，分别是周期性重复监测、固定连续性监测与实时动态监测，在露天矿高边坡作业环境下，主要采用的是固定连续性监测工作模式，再配合其他两种工作模式，这是考虑到露天矿高边坡开采工作具有不定性的性质，因此需要连续性的智能化监测。固定连续性检测主要以GNSS技术为支撑，在设计过程中根据GNSS相对定位原理，计算数据的整周模糊度，再根据求出的整周模糊度数据求出监测点的具体坐标。变形监测系统可以将前期求出的数据进行储存，为日后的监测和计算提供历史参考数据。
5软件功能
矿产高边坡的监测系统设计以“安全、实时、显形”为原则，这就要求在软件设计上着重研发安全评价模块、实时监测模块、图形显示模块，以这三方面为主要设计方面，可以达到变形监测系统设计的要求。该变形监测系统的软件设计功能针对的是露天矿高边坡的实际情况，因此其安全模块、实时监测模块、图形显示模块都是在实践监测中重点应用的技术。安全模块主要功能是对露天矿高边坡进行安全评价，具体过程是利用监测系统采集到的信息和数据进行分析，将得到的结果与安全系数进行比对，在此基础上实现对高边坡全方位的安全评价，综合监测高边坡实时数据，计算其历史监测到的数据，根据得到的数据计算预测部位的位移趋势，将其涉及到的各个数据都及时进行数据采集和分析，包括坡高、坡度、内聚力、内摩擦角等，安全评价模块快速根据采集到的信息和数据进行计算，为矿产决策人员提供真实可靠数据。实时监测模块顾名思义就是对露天矿产高边坡进行实时的监测，监测过程中会一直采集高边坡的信息，包括对单点位移监测、设备安全检测等，实时监测过程中采集到的数据是为了使实时监测模块根据及时补充的数据信息对比历史监测数据信息，一旦发现当前的露天矿高边坡坡体位移情况和历史初始数据发生出入，就要采取措施判断当前坡体的位移情况，进而解决问题。图形显示功能最大的依靠是GNSS技术，由GNSS技术采集到露天矿高边坡图像会经由图形显示模块软件呈现出二维或者三维图像，直观的将露天矿高边坡的数据展现出来。
结语
总之，随着中国北斗系统的快速组网，以及地基增强系统的跟进，定位精度得以不断提高。中美两国《北斗与GPS信号兼容与互操作联合声明》的签署，北斗、GPS、格洛纳斯等多系统兼容联合定位技术必将进一步深入，这都使基于GNSS的实时精密定位技术得以实现。另外，随着物联网、5G技术的不断普及，GNSS+实时变形监测系统也将进入开发与应用的快车道。建立GPS实时在线监测系统，对露天边坡实现监测数据全天候、实时传输，采用GPS卫星自动化监测模式，保证了露天边坡变形监测数据的精度、准确性和可靠性。GPS数据采集系统存在数据的不稳定性，在高密障碍物覆盖区域监测信号会变差，容易受到噪音的干扰和破坏，且只能监测地表位移的变化，不能精准获取垂直位移变化，促使了GPS监测技术和其他技术的相互汲取和补充，实现有效集成，为提高和完善GPS监测技术做出进一步发展。
参考文献
[1]吴浩，黄创，张建华，等.GNSS集成的露天矿高边坡变形监测系统研究与应用[J].武汉大学学报（信息科学版），2015，05:706-710.
[2]杨久东，王涛，宋如飞，等.基于GNSS的变形监测系统设计[A].第四届“测绘科学前沿技术论坛”论文精选[C].测绘出版社:2012.
[3]甘雨.GNSS/INS组合系统模型精化及载波相位定位测姿[D].解放军信息工程大学，2015.