矿区地表变形监测方法探讨毕业论文(编辑修改稿)

矿区地表变形监测方法探讨毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

地上建筑物产生皲裂被破坏 ,矿区范围表面出现不同程度的变形。 对矿区进行变形监测，可以对变形发展态势进行预测和研究，监测矿区在垂直方向和水平方向上的位移，以确保地表建筑物及其周围环境的安全 ,还能为恢复矿区地表、重建矿区周边生态环境提供参数。 传统的方法：常规大地测量方法，如三角测量法、导线测量法、水准等。 现阶段一些新技术： GPS 一机多天线技术、激光扫描技术、合成孔径雷达干涉测量技术、三维光学扫描技术（应用与工业领域）不做详细解说。 常规大地测量方法 常规大地测量方法含义 常规大地测量方法是通过测量高程、角度、坐标、边长来测定变形的方法，该种方法直观、仪器工具简单且普及，能解决各种精度级别的要求，是变形监测的主要方法。 常规大地测量使用仪器 经纬仪、全站仪、水准仪、测距仪 常规大地测量方法 1).三角测量法 在地面上按一定的要求选定一系列观测点 A,B,C„所有点都满足与周围相邻近点的通视，构成三角形网状。 在各点上可以进行水平角观测，从而精确测量各三角形的内角。 三角网的元素： 起算元素。 已知点的坐标、边长和已知的方位角。 观测元素：三角网中观测的所有边长或角度。 推算元素：由起算元素和观测元素的平差值推算的三角网中其他的边长、坐标方位角和各点的坐标。 由于三角点布设成网状时，能够控制整个矿区，有利于加密图根控制网；作业比较简单，只需测量少数边长和一些水平角，一般都是精密测角、测距，所以精度高；内业平差计算时由于 几何条件多，点位精度相对较高。 因此三角测量法一般是工程作业的主要方法。 2） .导线测量法 设想将地面控制点连接成一条折线的形状，直接测量各边的边长和相互之间的夹角 ，若已知 1点的坐标和边 12 的方位角 ，就可以推算该条导线上的所有控制点的坐标。 不过需要注意的是为了控制方位角传算误差的积累，需要沿导线测定必要数据的天文方位角。 优点：布设灵活，容易克服地形障碍，导线测量只要求相邻两点通视，在不易开展三角测量的地方，比如森林、隐蔽地区、高山地区等，为了需要可以 布设导线测量。 因此可降低占标的高度，费用少，便于观测，网内边长可以直接观测，精度均匀。 缺点：导线结构简单，检核条件不足，不易发现粗差，可靠性也就不高。 3） .三边测量及边角同测法 三边测量和边角同测法的网形结构与三角测量法一样，只是观测的数据不同而已，三边测量观测的是三角形的三条边的边长，根据余弦定理计算各内角。 如果在测角基础上在加测部分或全部边长，则叫边角同测法。 相对来说，导线测量是三角测量的辅助测量，虽说测量简单但由于考虑到精度、检核问题，我们一般采用三角测量法。 在一些不利于三角测量的地区附加用导线 测量。 但随着电磁波测距技术的发展以及电磁波测距仪的普及，建立边角网与导线网的测量方法逐渐被采用。 和三角测量相比，导线测量网中的方向数据少，除了节点外只有两个方向，布设网形灵活，在隐蔽地区很容易克服地形障碍；导线测量只要求相邻两点间的通视，可降低占标的高度，造标费用少；而且便于组织测量，工作量也少，受天气条件影响小；网内边长可直接测量，边长精度均匀。 当然，导线测量也有它的缺点：导线结构简单，没有三角网那么多的检核条件，不易发现粗差，可靠性也就不高；结构简单，单线推进，控制面积不足，两者的结合使用是测量工作者 常用的方法。 4） .天文测量法 天文测量法是在地面点上架设仪器，通过观测天体并记录观测天体瞬间位置的时刻，来确定地面观测点的地理位置，即确定该点的天文经度、天文纬度和该点到另一点的天文方位角。 这种工作简单、测量误差也不会累积，各点彼此独立观测，不需要两点之间通视。 这种测量精度低，不能用于建立控制网。 但为了推算方位角，需要在每隔一段距离的三角测量点上观测天文数据，用来推求大地方位角。 推算公式 : 式中： A:大地方位角 L:大地经度 ：天文纬度 ：天文经度 ：天文方位角 GPS 一机多天线技术 近年来， GPS 定位技术已广泛应用于测绘工作中，与常规监测方法相比，采用 GPS 监测手段，具有不受地形要求，不受通视条件、距离的限制，排除了人为的观测误差影响，能够实现全天候观测，有三维空间变形同步监测的优势。 由于矿区变形监测一般情况下要布设很多个监测点， GPS 仪器设备成本高，在矿区布设大量的 GPS 接收机投资太大，这就制约着 GPS 在变形监测中的应用。 为了解决这一问题，技术人员在不断地探索中提出了 GPS 一机多天线的方法，让 GPS 在变形检测中的广泛应用成为可能。 GPS 一机多天线工作原理 GPS 一机多天线 由 1 台接收机连接多个天线 , 每个监测点上只安装 GPS 天线 , 不安装接收机 , 多个测点共用 1 台 GPS 接收机。 与 1 台 GPS 天线使用 1部 GPS 接收机相比 , 这样建立的变形监测系统的成本因 GPS接收机数量的减少而大大降低。 基于此设计思路研制开发了 GPS 多天线控制器 , 该控制器是由 8 个 GPS 天线和具有 8 个通道的微波开关、相应微波开关控制电路以及 1 块 GPSOEM接收机主板有机集成而成。 每个 GPS 天线与微波开关相应通道连接 , 该微波开关的 8 个信号通道的通断状态受开关控制电路控制 ,通过软件编程实时控制微波开关电路中各通道的通或断。 最新研制开发的 GPS 多天线控制器以嵌入式工业控制机 PC 104 作为控制器的核心 , 并集成微波开关 GPS OEM板 , 能够确保整个系统在恶劣的野外环境下长期连续工作。 此外 , 开发的相应控制软件能有效地对 GPS 原码观测数据进行存储与传输。 以 GPS 一机多天线技术为核心建立的变形监测系统如图 2 所示 , 由 3 部分组成 : 1） .数据采集 , 由 GPS 多天线控制器完成。 2).数据传输 , 通过光缆或 GPRS 等实现。 3).控制中心 , 系统的核心 , 实现多天线控制器状态的监控、数据传输的控制、成果分析与数据管理等功能。 矿区地表变形监测系统由数据采集、数据通讯、计算机网络、应用软件、趋势分析及预警 5 个子系统组成 ,见图 5。 图 5 系统组成 原始监测数据采集部分主要负责各监测点 GPS数据的接收和存储 ,其核心部分是一机多天线控制器 ,由硬件和软件控制两大部分构成。 硬件部分包括多通道微波开关及相应的控制电路、一台 GPS 接收机及相应的处理芯片；软件部分实现控制多通道工作方式并可设置测点的观测时间、与 GPS 接收机通讯和数据发送等功能 ,通过采用实时控制技术 ,使接收机能够互不干扰地接收若干个 GPS 天线传输来的信号。 系统基于工业控制中常用的嵌入式系统 PCO104 架构 ,从而更为有效地控制系统运行以及监控数据的存储与传输。 数据无线传输主要负责将采集到的原始监测数据通过无线网络传输到控制中心 ,主要利用 GPRS技术实现。 GPS一机多天线特点 测站间无需通视。 GPS 测量只需测站上空开阔即可，从而使变形监测的点位布设方便灵活，并节省不必要的中间过度点，节省开支。 可同时提供监测点的三维位移信息。 全天候监测， GPS 测量不受气候条件限制，配备防雷设施后， GPS 变形检测系统便可以实现全天候观测，它对防汛抗洪、滑坡、泥石流等地质灾害检测等领域极为重要。 检测精度高。 操作简便，易于实现检测自动化。 GPS 大地高用于垂直位移测量。 背景介绍 激光扫描技术是一种新兴空间信息获取技术， 是一种获取空间数据的有效手段 ， 因快速 、 精确 、 无接触测量的优势在众多领域发挥着不可或缺的作用 ，尤其是在测这一行业中，在变形监测、 3D数字城市、地图测量等等上的快速、准确运用，是在 GPS变革后的又一次技术变革。 随着对激光扫描技术的进一步深入，它的应用领域将更加广泛， 人们对空间三 维信息的需求更加迫切。 基于 原始 测距测角的工程测量方法，在理论、设备和应用等诸多方面都已相当成熟，全站仪可以完成工业目标的高精度测量， GPS可以全天候 的 精确定位全球任何位置的三维坐标，多用于 一些特殊 目标点的高精度测量。 随着传感器、电子、光学 、计算机等技术的发展，计算机获取物体表面三维信息的摄影测量与遥感技术成为主流，但它在由三维转换为二维影像的过程中，不可避免地会 丢失 部分几何信息，所以从二维影像 来 理解三维客观世界， 这本身。