高精度矿山位移安全在线监测预警系统

1590 编辑：中冶有色技术网来源：万宝矿产有限公司

2022-02-14 16:29:24

权利要求

1.高精度矿山位移安全在线监测预警系统，其特征在于，所述系统包括矿山高精度基准站、位移监测站和服务器；所述矿山高精度基准站和所述位移监测站均包括高精度全球导航卫星系统GNSS接收机，所述矿山高精度基准站、所述位移监测站和所述服务器均连接到局域网；所述矿山高精度基准站安装在矿区内地基牢固地点且位置已知，用于对该位置进行在线监测；所述位移监测站安装在需要进行在线监测的位置，用于对该位置进行在线监测；所述服务器用于通过局域网接收所述矿山高精度基准站和位移监测站的监测数据，并获得所述位移监测站的位移情况。

2.如权利要求1所述的高精度矿山位移安全在线监测预警系统，其特征在于，所述矿山高精度基准站和所述位移监测站连接到局域网包括：对于网络接入条件好的位置，所述高精度全球导航卫星系统GNSS接收机通过有线传输网络和局域网连接；对于网络接入条件不好的位置，所述高精度全球导航卫星系统GNSS接收机通过无线传输网络和局域网连接。

3.如权利要求2所述的高精度矿山位移安全在线监测预警系统，其特征在于，所述高精度全球导航卫星系统GNSS接收机通过无线传输网络和局域网连接包括：所述高精度全球导航卫星系统GNSS接收机连接客户前置设备CPE及其附属天线；CPE及其附属天线和LTE基站之间形成无线传输网络，LTE基站通过有线传输网络方式和局域网连接，最终实现所述高精度全球导航卫星系统GNSS接收机和局域网的连接。

4.如权利要求1所述的高精度矿山位移安全在线监测预警系统，其特征在于，所述高精度基准站通过RJ-45网线接入交换机，实现与所述局域网的连接。

5.如权利要求1所述的高精度矿山位移安全在线监测预警系统，其特征在于，所述位移监测站通过CPE及其附属天线，与LTE基站形成无线传输网络；所述LTE基站通过RJ-45网线接入交换机，所述交换机通过光缆接入局域网，最终实现所述位移监测站与所述局域网的连接。

6.如权利要求1所述的高精度矿山位移安全在线监测预警系统，其特征在于，所述服务器通过RJ-45网线接入交换机，实现与所述局域网的连接。

7.如权利要求1所述的高精度矿山位移安全在线监测预警系统，其特征在于，所述系统还包括客户端，所述客户端也接入所述局域网。

8.如权利要求7所述的高精度矿山位移安全在线监测预警系统，其特征在于，所述服务器根据所述位移情况向所述客户端发出预警信号。

9.如权利要求7所述的高精度矿山位移安全在线监测预警系统，其特征在于，所有接入所述局域网的客户端，都能够按权限连接所述服务器，查看和接收位移安全监测和预警信号。

说明书

技术领域

本实用新型属于矿山安全生产领域，具体涉及高精度矿山位移安全在线监测预警系统。

背景技术

位移监测和预警在矿山安全生产中非常重要。比如，对于采场、排土场、尾矿库、堆浸场、破碎站等重要场所，一旦发生边坡滑动、地基沉降、地表变形等，必须及时处理，否则容易引发重大安全生产事故。这就要求必须进行矿山位移安全监测和预警。

经纬仪、水准仪、测距仪、全站仪等进行大地测量，是传统的监测、分析方法，主要依靠定期测量和离线分析实现，不能及时发现问题并发出预警信号。

无人遥感监测预警技术与传统大地测量在原理上是一致的，主要是通过无人机平台挂载测量设备进行信息采集和分析，根据分析结果发出预警信号。分析和预警的及时性受限于无人机采集信息的频率，不能实现连续实时在线监测。

基于雷达干涉测量的监测和预警主要依靠雷达获取数据，并结合稳定性分析方法实现预警。该方法较适合于面测量，且雷达需要专门配备雷达车或在特定条件下安装，安装和使用有局限性，分析预警及时性不强。

GPS高边坡形变监测方法基于GPS卫星数据，可以对矿山采场、排土场、尾矿库等重要场所边坡进行监测，但由于矿山普遍占地面积广、地形地貌复杂，存在GPS系统建设时间长、GPS卫星信号不稳定、可见GPS卫星数量波动大，使用达不到要求。特别是GPS信号偏弱的地方，监测经常失效。另外，大部分矿山内监测点布置分散，有线网络接入困难，而电信运营商2G/3G/4G等公共通信资源质量不稳定，不能实现数据有效传输和利用。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是如何提供一种高精度矿山位移安全在线监测预警系统，以实现矿山高精度在线位移安全监测和预警。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种高精度矿山位移安全在线监测预警系统，所述系统包括矿山高精度基准站、位移监测站和服务器；所述矿山高精度基准站和所述位移监测站均包括高精度全球导航卫星系统GNSS接收机，所述矿山高精度基准站、所述位移监测站和所述服务器均连接到局域网；所述矿山高精度基准站安装在矿区内地基牢固地点且位置已知，用于对该位置进行在线监测；所述位移监测站安装在需要进行在线监测的位置，用于对该位置进行在线监测；所述服务器用于通过局域网接收所述矿山高精度基准站和位移监测站的监测数据，并获得所述位移监测站的位移情况。

进一步地，所述矿山高精度基准站和所述位移监测站连接到局域网包括：对于网络接入条件好的位置，所述高精度GNSS接收机通过有线传输网络和局域网连接；对于网络接入条件不好的位置，所述高精度GNSS接收机通过无线传输网络和局域网连接。

进一步地，所述高精度GNSS接收机通过无线传输网络和局域网连接包括：所述高精度GNSS接收机连接客户前置设备CPE及其附属天线；CPE及其附属天线和LTE基站之间形成无线传输网络，LTE基站通过有线传输网络方式和局域网连接，最终实现所述高精度GNSS接收机和局域网的连接。

进一步地，所述高精度基准站通过RJ-45网线接入交换机，实现与所述局域网的连接。

进一步地，所述位移监测站通过CPE及其附属天线，与LET基站形成无线传输网络；所述LTE基站通过RJ-45网线接入交换机，所述交换机通过光缆接入局域网，最终实现所述位移监测站与所述局域网的连接。

进一步地，所述服务器通过RJ-45网线接入交换机，实现与所述局域网的连接。

进一步地，所述系统还包括客户端，所述客户端也接入所述局域网。

进一步地，所述服务器根据所述位移情况向所述客户端发出预警信号。

进一步地，所有接入所述局域网的客户端，都能够按权限连接所述服务器，查看和接收位移安全监测和预警信号。

(三)有益效果

本实用新型提出一种高精度矿山位移安全在线监测预警系统，通过北斗/GPS/GLONASS多卫星定位技术和矿山网络传输条件相结合，以及通过高精度GNSS接收机连接CPE及其附属天线；CPE及其附属天线和LTE基站之间形成无线传输网络，LTE基站通过有线传输网络方式和局域网连接，从而实现矿山高精度在线位移安全监测和预警。本实用新型提出一种高精度矿山位移安全在线监测预警系统，可以24小时连续在线运行，实现对矿山指定区域位移安全情况进行不间断监测和预警，实时监测精度可以达到厘米级，后处理精度可以达到毫米级，监测精度和稳定性不受GPS信号强弱和可见GPS卫星多少的影响，矿山内数据传输无死角，监测数据传输、处理和预警时效性控制在毫秒级，为实时在线连续监测和预警系统。

附图说明

图1为本实用新型的总体连接关系图；

图2为本实用新型的矿山高精度基准站的连接关系图；

图3为本实用新型的位移监测站的连接关系图；

图4为本实用新型的无线传输网络连接关系图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。

如图1所示，一种高精度矿山位移安全在线监测预警系统，由矿山高精度基准站、位移监测站、传输网络(有线和无线)、局域网、服务器和客户端组成。

如图2所示，矿山高精度基准站包括底座、辅助立柱、扼流圈天线、高精度全球导航卫星系统(GNSS)接收机、传输网络、供电系统、避雷系统和连接线缆，用于提供参考数据。矿山高精度基准站安装在矿区内地基牢固的位置且位置已知，作为位移参考基准。

如图3所示，安装位移监测站包括底座、辅助立柱、高精度GNSS接收机、测量型GNSS天线及天线保护罩、传输网络、供电系统、避雷系统和连接线缆。位移监测站安装在需要进行在线监测的位置，对指定位置进行在线监测。

矿山高精度基准站和位移监测站接入局域网的方法为，对于网络接入条件好的位置，高精度GNSS接收机通过有线传输网络和局域网连接。对于网络接入条件不好的位置，高精度GNSS接收机通过无线传输网络和局域网连接。

如图4所示，无线传输网络连接方法是：高精度GNSS接收机连接客户前置设备(CPE)及其附属天线；CPE及其附属天线和长期演进(LTE)基站之间形成无线传输网络，LTE基站通过有线传输网络方式和局域网连接，最终实现高精度GNSS接收机和局域网的连接。

上述所有高精度GNSS接收机可同步接收北斗/GPS/GLONASS多卫星定位信号，进一步提高位移监测站定位精度。

服务器通过传输网络和局域网连接，用于接收矿山高精度基准站和位移监测站的监测数据，结合所述矿山高精度基准站已知位置，计算误差校正数据，利用该误差校正数据来修正位移监测站的监测数据，从而减小位移监测站的监测误差，实现位移监测站监测点的高精度定位，定位以后再精确分析位移监测站绝对位移、位移速度和加速度，根据位移情况向接入局域网的客户端发出位移监测预警信号。所有接入局域网的客户端，都能够按权限连接服务器，查看和接收位移安全监测和预警信号。

本实用新型的系统适用于矿山采场、排土场、尾矿库、堆浸场、破碎站、道路等场所的边坡滑动、地基沉降、地表变形等监测和预警。

某海外露天金属矿山占地面积约25平方公里，年采剥总量1亿吨以上，存在采场边坡、排土场边坡、堆浸场沉降、破碎站沉降、中间料堆沉降等位移安全监测预警需求。该矿山认为，上述位移安全可能带来引发生产经营的颠覆性风险。同时，该矿山占地面积广、地形地貌复杂、GPS可见卫星数量少、GPS信号不稳定、矿区内公共通信资源质量差等问题，传统方法构建的位移安全监测系统无法正常使用。

针对上述风险，该矿山建设了1套矿山高精度基准站，9套位移监测站，1个LTE基站，1台服务器，通过局域网实现相互连接。

高精度基准站通过RJ-45网线接入交换机，实现与局域网的连接。

位移监测站通过CPE及其附属天线，与LET基站形成无线传输网络；LTE基站通过RJ-45网线接入交换机，交换机通过光缆接入局域网，最终实现位移监测站高精度GNSS接收机与局域网的连接。

服务器通过RJ-45网线接入交换机，实现与局域网的连接。服务器接收高精度基准站和位移监测站的监测数据后，服务器结合高精度基准站已知位置，计算得出误差校正数据，减小位移监测站监测误差，分析获得位移监测站高精度定位数据，从而精确判断绝对位移、位移速度和加速度，并根据情况发出位移监测预警信号。

采用该系统后，实现了位移安全监测预警24小时在线运行，实时监测水平精度可以达到2cm以内，高程精度可以达到3cm以内；后处理精度水平可以达到2mm左右，高程可以达到3mm左右，数据处理时间长，及时性相对滞后；数据采集、传输、处理总延时低于180ms，直接安全生产收益500万元/年以上，间接生产组织收益1000万元/年以上。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。