今年2月22日，内蒙古阿拉善一处露天煤矿爆发边坡坍塌事故，造成了数十人伤亡。事故爆发后，矿山领域的许多人都把眼光聚焦在怎样使用智能化、自动化的边坡监测手艺阻止事故爆发上，而武汉大学卫星导航定位手艺研究中心教授李陶则在反思矿山企业为什么没有按期开展响应的边坡监测，为什么没有使用现有的边坡监测手艺。
“这个事故告诉我们，矿山边坡监测的焦点是边坡监测手艺要能够让每个矿山都用得起、用得好，这意味着边坡监测手艺的经济性要切合矿山企业的本钱预算，这样矿山企业才愿意使用边坡监测手艺。”他如是说。
李陶口中的经济性是指边坡监测手艺要在知足矿山企业在矿山监测的基本规范要求下，以及古板测绘手艺投入的基础上，怎样使用同样的经济本钱实现边坡变形的智能化、自动化监测。在目今的矿山边坡监测手艺中，可以全天候自动化监测的GNSS（全球导航卫星系统）手艺是矿山边坡监测的主要手段之一。凭证市场需求，GNSS监测装备的精度分为米级、分米级、厘米级、毫米级。在李陶看来，“一个月才动几厘米”的矿山边坡凭证海内露天矿山高陡边坡监测的相关规范要求（GNSS监测装备的水平误差不大于6毫米、高程误差不大于3毫米），厘米级GNSS监测装备就能知足边坡监测需求。“毫米级的GNSS监测装备只管精度更高，但会增添矿山企业的投入本钱，因而矿山企业在选择GNSS监测装备时，思量更多的是经济适用，而不是精度指标。”
GNSS替换人工，全天候监测边坡
GNSS手艺应用于矿山边坡监测，这是科技生长的一定效果。在GNSS手艺应用前，矿山边坡监测的要领是用通例大地丈量要领，即接纳经纬仪、全站仪以及水准仪等丈量仪器测定点的位移值。该要领需要职员到现场视察，事情量大，且人身清静难以获得包管。同时，受天气、人工、现场条件等因素的影响，该要领保存一定的系统和人为误差，无法获取高精度的监测数据。
当GNSS手艺泛起以后，因具有定位精度高、同时测定点的三维位移、测站点间无需坚持通视、全天候视察等特征被引入到矿山边坡监测中，逐渐替换通例大地丈量要领，成为矿山边坡清静的“守卫者”。基于GNSS手艺，矿山通过在边坡重点部位布设GNSS监测装备，实现了边坡24小时全天候自动化监测和预警，大大提高了矿山边坡监测预警能力，有力包管了矿山清静生产。
随着北斗的日益完善，GNSS手艺为矿山边坡监测提供的服务迎来了大奔腾。首先，北斗基于短报文功效，助力GNSS监测装备实现了无信号、弱信号、无公网等地区的矿山边坡监测信息收罗和回传，解决了该地区的矿山边坡自动化监测预警的难题；其次，北斗通过接纳三种轨道（地球静止轨道、倾斜地球同步轨道、中圆地球轨道），在中国区域的可见卫星数大大增添，提高了GNSS监测装备的定位可靠性和抗滋扰性能力；最后，北斗解决了GNSS监测装备对外洋卫星导航系统的依赖，实现了矿山边坡监测装备的天下产化和自主可控。“一旦外洋GNSS阻止服务，接纳外洋GNSS的基准站差分定位手艺的GNSS监测装备将无法事情，矿山边坡清静将无从谈起。”李陶说。
▲GNSS监测装备监测矿山边坡
同时，李陶还提到，国产GNSS芯片的自主研发，不但让GNSS监测装备的焦点部件挣脱了外洋制约，并且发动了GNSS监测装备的本钱降低，让更多的矿山企业能用上GNSS监测装备。在北斗的驱动下，性能获得周全提升的国产GNSS监测装备成为目今矿山企业监测边坡的首选装备，用实时监测和精准预警，为矿山生产清静加码。
抓源头、严最后，让GNSS守护边坡清静
随着国家一直重视矿山清静生产，对智能化、小型化、低功耗的GNSS监测装备需求一直增添，这让越来越多的中小企业，甚至高校，涌向GNSS监测领域，力争在矿山边坡监测市场中抢得一杯羹。然而，在李陶看来，昌盛情形背后保存着一大隐患，即GNSS监测装备品牌类型多、产品质量狼籍不齐，使得国产GNSS监测装备在无力与外洋品牌抗衡的同时，监测效果也会大打折扣。怎样破除隐患，提高产品质量？李陶给出了自己的建议。
各行业各司其职，做好各自的本职事情
他指出，企业的责任是严把质量关，提高GNSS监测装备稳固性，确保每台装备能知足矿山边坡监测需求；高校的责任是攻关GNSS变形监测手艺前沿课题，突破“卡脖子”手艺瓶颈。“矿山企业的责任是要擦亮双眼，选择可靠的GNSS装备。同时监察部分也要做好招投标市场整治事情，阻止围标串标、恶意中标等行为，为业内营造一个果真公正的营商情形。”李陶说。
头部企业应强强合作，制订严酷的产品质量标准，用高标准引领行业生长
“这样不但包管了GNSS手艺在矿山边坡监测中的快速普及，还能提高国产GNSS监测装备在国际市场上的竞争力。”李陶说。
从源头上把控产品质量，这在李陶看来，此举是GNSS手艺做好矿山边坡监测要害两步的第一步。“第二步是最后把控装备施工质量，这是走好‘最后一公里’的要害。由于施工质量差，装备再好也没用。”他指出，现在个别的矿山在装置GNSS监测装备时，不肯意建基础埋深为一米的视察墩。即便建了，视察墩也埋得很浅，“风一吹就会晃动，视察效果一定禁绝确。”同时，GNSS监测装备装置在有遮挡区域，监测效果同样也会受影响。因此，李陶以为，装备施工方要增强工程质量管理，确保GNSS监测装备有优异的通视条件和较为稳固埋设条件，包管视察墩与周边的地质情形成为一个整体。“矿山企业还要增强监视，第三方监理单位也要引入，这样装备装置的质量才更有包管。”无论是“抓源头”照旧“严最后”，各方的起劲必不可少。“只有各人一起起劲，GNSS手艺才华做好矿山边坡监测服务。”李陶说。
GNSS融合InSAR，矿山边坡监测更有包管
未来，GNSS手艺怎样完善才华更好地为矿山边坡清静保驾护航？李陶谈了自己的看法。
第一，GNSS手艺与InSAR手艺的融合应用，提升GNSS高程精度。李陶指出，受卫星现实漫衍因素影响，GNSS在丈量平面位置时，可以通过对时间段的视察和选择的卫星来包管卫星呈基本对称漫衍，进而削弱或者消除丈量距离中的误差、卫星信号撒播历程中引发的延迟误差等其他误差对平面位置的影响。可是GNSS在丈量高程时，被视察的卫星基本所有处在地平面以上，呈差池称的漫衍状态，因此误差难以消除，使得高程精度低于水平精度。以北斗为例，在亚太地区实时RTK的定位精度和高程精度抵达了厘米级。为了进一步提升GNSS的高程精度，能够获取毫米级高程精度的InSAR手艺成为了GNSS手艺补强的理想工具。
InSAR手艺是一种使用合成孔径雷达对统一地区视察的两幅复数值影像（既有幅值又有相位的影像）数据举行相关处置惩罚，以获取地表高程数据的手艺。“X波段合成孔径雷达卫星的波长约为3.1厘米，现在大部分SAR卫星的相位视察精度可达1/100波长，这意味着理论上InSAR手艺能获得毫米级的监测精度。”李陶说。
目今，李陶正向导团队从事GNSS手艺与InSAR手艺融合方面的研究，并在金沙江溪洛涉水电站的大坝形变监测、湖北巴东地质灾难国家野外科学视察研究站滑坡变形监测中验证了相关的精度指标。“通过在滑坡体上的视察墩装置北斗角反射器，我们乐成将GNSS的高程精度修正到了1~2毫米。”李陶说。他提到的北斗角反射器是一种金属材质的雷达信号反射装置，它无需电源、通讯，主要是把雷达卫星发射的信号原路反射回卫星天线，再由人通过卫星影像剖析北斗角反射器目的的位移转变。通过InSAR手艺的助力，GNSS手艺可以获取矿山边坡上高程偏向毫米级监测数据，进一步提高了矿山边坡监测的精准度。
▲李陶团队与装置在巴东地质灾难国家野外科学视察研究站的北斗角反射器合影
第二，推进GNSS手艺定制化服务，确�？笊奖咂录嗖饩�。李陶以为，矿山边坡监测属于工程丈量领域，承建企业需要因地制宜为矿山边坡监测开展定制化服务。“由于每个矿山所处的地理情形、天气条件、电磁滋扰等各不相同，这使得GNSS监测装备收罗的数据精度有高有低，难以做到精准的矿山边坡监测服务。因此承建企业需要围绕装备的类型、站点布设，以及软件算法等开展定制化服务，以确保GNSS监测装备获取准确的矿山边坡变形信息。”李陶说。
第三，放宽北斗数据撒播输的限制政策，让GNSS手艺守护更多的矿山边坡清静。李陶指出，目今国家对北斗原始视察值数据流的传输增添了诸多保密、政策审查等方面的限制，这无疑增添了北斗手艺在海内外矿山边坡监测等领域应用的制度性本钱。“现在北斗手艺自己已成熟，就差北斗实时数据流保密及政策审查制度的进一步开放。”李陶正在向湖北省建议对现有的北斗实时数据撒播输相关的保密和审查制度举行适当的调解，吸纳更多的中小企业能够加入到北斗手艺的立异应用和定制化服务中，以便更好地赋能矿山边坡监测等领域。
李陶以为，随着GNSS手艺的一直完善，以及装备的经济适用，实现自主可控的国产GNSS监测装备将通过与国产商业化SAR卫星星座团结，可以守护好每一座矿山边坡，为矿山清静生产筑起一道清静屏障。
作者/何溪
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