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1、1采空区地表沉降 GPS 位移在线监测系统技术设计书上海华测导航技术有限公司系统集成部2008 年 4 月 2目 录第一章 项目背景 .31.1 采 空 区 地 表 沉 降 监 测 的 意 义 .31.2 人 工 监 测 方 法 局 限 性 分 析 .31.3 GPS 位 移 在 线 监 测 系 统 优 点 分 析 .3第二章 系统建设目标 .42.1 系统的建设原则 .42.2 系 统 建 设 的 基 本 要 求 .42.3 系 统 建 成 后 应 具 备 的 功 能 .4第三章 系统总体设计 .73.1 设 计 依 据 .73.2 系 统 结 构 .83.3 GPS 监测网布置 .93.3
2、.1 基准站布置 .93.3.2 监测站布置 .103.4 监控中心 .113.4.1 监控中心布置 .113.4.2 GPSensor 变形监测软件 .113.5 通信方式 .133.6 系统防护设计 .14第四章 设备预算 .154.1 基 准 站 预 算 .154.2 监 测 站 预 算 .164.3 数 据 处 理 中 心 设 备 预 算 .163第一章 项目背景1.1 采 空 区 地 表 沉 降 监 测 的 意 义采煤引起的覆岩破坏和地表沉陷对煤矿生产安全和环境破坏的威胁是非常严重和无法回避的问题。开采沉陷和“三下”采煤引发的环境地质灾害使得矿区建筑物、基础设施、农田受损，生态环境恶
3、化，威胁居民财产和生命安全，激化工农矛盾，是影响矿区经济发展和社会安定的重要因素和关键问题。通过对沉降区的监测，及时了解和掌握采空区区域的地表沉降演化过程，捕捉该区域塌陷的特征信息，为地表沉降的正确分析、评价、预测、预报及治理提供可靠数据和科学依据。1.2 人 工 监 测 方 法 局 限 性 分 析由人工定期用传统仪器到现场进行测量，安全监测工作量大，受天气、人工、现场条件等许多因素的影响，存在一定的系统误差和人工误差。同时，人工监测还存在不能及时监测矿区地表沉降的各项技术参数，难以及时掌握矿区沉降安全技术指标等缺点，这些都将影响矿山的安全生产和安全管理水平。1.3 GPS 位 移 在 线 监
4、 测 系 统 优 点 分 析与观测边角相对几何关系的传统测量方法相比，GPS 监测具有很大的优点。它可以实现自动化监测，大大减轻外业强度，同时又能够迅速得到高效可靠的三维点位监测数据。当然，还有其它优点： 1) 避免人工读数和记录引起的人为误差。 2) 可以实现远程以及恶劣天气条件下采集数据。 3) 每天可进行 24 小时连续监测。 4) 可以准确记录失事事件时间，使之与外部因素相关联，比如降雨、地震、人工建造活动。5) 连续监测能快速检测到临界变化，能在事态恶化之前采取处理措施。 6) 自动化监测系统可以按程序步骤监测限定阀值、变化速率，从而能在超出预定极限值时自动报警。 4第二章 系统建设
5、目标2.1 系统的建设原则GPS 位 移 在 线 监 测 系 统 建 设 中 应 坚 持 “技 术 先 进 、 高 效 可 靠 、 经 济 实 用 ”的 原 则 ， 系 统 建 设 应 保证 建 成 后 系 统 的 可 扩 展 性 （ 随 着 地 下 采 空 区 的 扩 大 ， 地 表 沉 降 范 围 的 扩 大 ， 可 以 增 加 新 的 监 测 点 ）， 能为 今 后 系 统 升 级 改 造 后 使 用 ， 且 关 键 技 术 均 应 能 得 到 验 证 。2.2 系 统 建 设 的 基 本 要 求1） 监测系统无人值守，有人照看、自动运行，年运行可靠率 99%以上；2） 系统可满足 72
6、4 小时长时间可靠运行；3） 断电情况下，监测系统设备可依靠备用电源连续工作 24 小时以上；4） GPS 硬 件 具 有 良 好 的 物 理 性 能 和 工 作 性 能 ， 适 合 长 时 间 连 续 工 作 ；5） 本 系 统 可 采 用 GPRS 通 讯 ， 数 据 传 输 到 控 制 中 心 实 时 处 理 ；6） 准 实 时 显 示 和 分 析 形 变 量 ， 可 间 断 性 评 估 沉 降 区 的 健 康 状 况 ；7） 数 据 实 时 输 出 给 分 析 软 件 ；2.3 系 统 建 成 后 应 具 备 的 功 能 对 GPS 原始数据进行 724 小时实时差分处理，进行变形监测，永不间断； 可根据系统参数设置，对不同的监测站的实时差分结果进行 Kalman 滤波
