尾矿库的安全关系到其影响区域内人民生命财产及环境的安全，长期以来，由于尾矿库管理监测监控系统不完备、监测监控技术落后、专业监测人员缺乏等原因，许多尾矿库处在无检测监控状态，少数在检的尾矿库运行参数检测误差大，监管部门难以及时掌握尾矿库各项安全技术指标，这些都极大影响尾矿库的安全管理。

中海达基于GNSS技术的尾矿库安全监测监控系统对于加强尾矿库的安全监管，掌握尾矿库的安全现状，减少尾矿库的事故发生具有重要意义。该系统通过分布在尾矿坝的各种感应器等设备进行全自动监测监控，，实时在线掌握各种监测数据的变化，一旦发现不正常现象将立即提出警示，评估结构的可靠性，为尾矿库的管理与维护提供精确及时的数据依据。

1系统基本结构

尾矿库在线监测预警系统由数据采集、数据传输、数据处理、分析预警、综合管理等五个子系统组成，其主要功能有：

1）综合管理系统:可有效进行用户管理、数据管理、系统运行管理，确保系统运行安全和数据安全，灵活方便的参数设置可实现被监测对象的状态在本地或远程浏览、数据在本地或远程下载以及数据共享等。

2）数据采集系统: 数据采集系统由基准站、监测站以及包括野外电源和防雷装置组成的保障支持系统组成。采用多星多频高精度GNSS模块，对变形体的实际性状实施高精度、实时、连续、自动监测，运用静态和动态相对定位两种数据处理方法，为判断变形体安全提供必要的信息，确保数据采集准确。

3）数据传输系统:可采用RS232、有线/无线Modem、TCP/IP、GPRS无线、CDMA无线、3G无线、UHF无线电台、无线网桥或其他无线网络等方式，组建方便灵活的数据传输系统，其不仅支持野外就地拖拽式下载，还能实现远程实时数据流传输和文件包下载。

4）数据处理系统:系统可进行长时间连续实时数据处理，数据解算采用先进的卡尔曼滤波集成单历元整数解算法，定位精度达到毫米级，确保系统运行稳定及数据的可靠性。

5）分析预警系统:监测预警系统的数据分析处理能力强大，分析角度多、手段丰富，能计算三维位移分量及各向变形速率，自动生成变形历时曲线、变形分布图和多因素相关图；能根据实地地形数据生成三维仿真图形，并生成变形场等高图和渐变色谱图以及变形场实体任意剖面图；能综合其他相关监测数据进行初步综合分析与简单评价；能根据预设警戒值进行风险判别并能实时以网页、短信、语音电话、警报声音、大屏幕显示等形式进行多渠道状态信息和预警信息的发布。系统基本结构如图1所示。

图1 高精度实时在线监测预警系统结构

2系统功能及特点

2.1系统功能

1）系统1.5小时连续监测尾矿坝的水平精度优于±3mm、垂直精度优于±5mm，完全满足尾矿坝监测精度的要求；

2）系统能够进行长期、稳定、不间断运行，真正做到无人值守，操作简便，勿需进行手工重复劳动，可以节省大量人力物力；

3）能实现最高20Hz的高速数据采集，关键时候能完美监控变化过程的细节；

4）具有远程数据传输、远程状态浏览、远程系统设置以及数据管理、用户管理、安全管理等功能,网络通讯方式灵活，系统自动化程度高，可以方便实现远程控制、远程监测、远程数据下载与共享；

5）能根据实地地形数据生成三维仿真图形，根据变形监测数据生成实体变形场等高图、任意剖面图，这是传感器类、声纳类、光波类、影像类、频谱类监测手段不可比拟的；

6）能对变形监测数据进行初步分析与简单评价，并根据数据的危险程度采用短信、网页、邮件、声音、大屏幕等方式和渠道进行分级发布，预警信息的发布方便灵活。

2.2系统特点

高精度实时在线监测预警系统具有监控目标明确、系统结构简单、检测流程清晰、服务功能完备等特点。系统数据可靠、运行稳定，既能准确表达监测点的工作状态，也能对相关数据进行分析并提出初步风险评价，还能多渠道多形式适时分级发布预警信息，为运行单位随时随地掌握工程结构安全和决策部门在关键时刻的决策分析提供了坚实的技术支持与信息参考,具体特点有：

1）数据采集快:轻松实现高达20Hz连续高速实时的精密数据采集；

2）监测精度高:算法先进，能运用小波精密分析法对数据进行分析处理，实现单历元毫米级高精度连续解算；

3）硬件层次少:系统组成简单、结构清晰、运行稳定、维护方便；

4）分析手段多:能计算三维位移分量及各向变形速率，能自动生成变形历时曲线图、变形空间分布图、多变量相关图，能根据实地地形数据生成三维仿真图，并能生成实体变形场等高图或渐变色谱图及其任意剖面图；

5）信息发布快:能对变形监测数据进行初步分析与简单评价，并能根据预设警界值和实测值进行对比判别，及时进行多渠道多形式预警信息或状态信息的发布，随时随地掌握运行状态，真正实现远程监控和无人值守；

6）应用范围广:本监控系统不仅能应用于各类尾矿库实时安全监控,还可以在滑坡地质灾害监测、高边坡、高剪力墙、港口、船坞、矿山、水库大坝以及江河堤坝监测、大型桥梁场馆和高层建筑健康监测中广泛应用。

3 系统组成

系统由库区监测终端、网络通讯系统、监测数据处理服务中心、预警发布系统四部分组成，如图2所示。监测系统的典型配置方案有定期经济型、永久基站型、分体网络Ⅰ型、分体网络Ⅱ型、一机多天线系统等五种形式，以满足不同现场的需要。

该系统是全天候、全方位的，可以不受时间、气候的影响，建立尾矿库安全监控、安全分析评价，安全预警，安全指挥管理系统，对尾矿库的安全状态进行实时的监测、分析与预报，能确保尾矿库的安全管理，同时，提高安全监管部门对尾矿库安全管理这方面的能力，有效避免尾矿库事故的发生。

图2 基于GNSS技术的尾矿库实时在线监测预警系统组成

4结束语

通过进行数据采集、存储、分析、管理等操作，对尾矿库风险性进行安全评估和预警，是实现尾矿库监测预警的有效途径，建立便于尾矿库运行期安全管理和溃坝风险综合评判方法为全面提升尾矿库安全监管和日常管理水平，增强企业、社会、政府对于尾矿库灾害的预警响应能力奠定坚实基础。

实践证明，基于GNSS技术的尾矿库在线安全监测预警系统技术成熟、性能稳定、投资经济，目前已成功应用于尾矿坝变形监测，在滑坡地质灾害监测、矿山边坡变形监测、矿山采空区沉陷监测、海涂吹填区沉陷监测、水库大坝变形监测、堤防渠道变形监测、深基坑及周边影响区变形监测、大型桥梁健康监测、高层建筑及大型场馆健康监测等领域，应用前景广阔。

（编自《电气技术》，原文标题为“基于GNSS技术的尾矿库在线安全监测预警系统”，作者为张琳、李英芹。）