GNSS卫星自动监测系统在三矿新副井污水处理厂沉降观测中的推广应用
申报单位：地测科
申报类别：四新推广
申报日期：2025年3月
GNSS卫星自动监测系统在三矿新副井污水处理厂沉降观测中的推广应用
项目完成人：卫海星、张宇昊、时锋、谢景涛、张亮
史金涛、李士阁
一、项目简介
鹤煤三矿作为河南能源集团主力矿井，年产能达135万吨，服务年限剩余17.48年。随着开采深度增加，地表沉降、井筒变形等安全隐患日益突出。传统人工测量和全站仪监测存在精度低（±5mm）、时效性差、无法实时预警等问题，难以满足现代矿山安全管理需求。
本项目针对鹤煤三矿污水处理厂及周边区域，基于全球导航卫星系统（GNSS）技术，安装了一套高精度、实时化的自动监测系统。系统通过北斗/GPS多星座融合定位、RTK差分技术及物联网通信，实现对污水处理厂建筑物、边坡及关键构筑物的毫米级位移监测，构建了“数据采集-传输-分析-预警-决策”全流程智能化管理体系。研究成果为煤矿安全生产提供了技术保障，具有显著的社会经济效益。
二、项目研究内容（GNSS设计技术原理）
1.GNSS系统架构设计
系统采用“基准站+监测终端+云平台”三级架构：
（1）卫星接收子系统：配置多频多星GNSS接收机（支持北斗/BDS、GPS/GLONASS/Galileo），通过RTK技术实现厘米级定位精度。
（2）数据传输子系统：采用4G/5G双模通信，结合LoRa无线传输冗余设计，确保数据实时上传至云端。
（3）数据处理与预警子系统：基于卡尔曼滤波算法融合多源数据（GNSS、InSAR、倾斜仪），开发位移阈值智能预警模型，支持声光报警与短信推送。
2.关键技术创新
（1）多星座兼容定位技术：加权融合北斗与GPS信号，解决单一系统电磁干扰问题，定位精度达±2mm（平面）/±3mm（高程）。
（2）抗干扰设计：优化天线选型与信号滤波算法，降低多路径效应影响，确保数据可靠性。
（3）自动化标定技术：动态修正系统误差，实现长期监测零漂控制。
3.煤矿场景适应性优化
（1）环境适应性：设备防护等级IP67，外接220v供电电源，适应潮湿、高温及无人值守环境。
（2）监测网络布局：布设1个基准站与2个监测终端，覆盖污水处理厂相互冲洗滤池、边坡，形成重点位移监测网络。
四、项目应用实施过程
1.系统部署流程
（1）前期勘察：无人机航测与地质钻孔资料收集，探测绘制三维地形图，分析该区域地质岩土结构。同时对建筑物、构筑物结构资料进行收集整理。
（2）设备安装：
基准站：架设于工业广场办公楼顶，校准坐标系（WGS84→CGCS2000）。
（3）监测终端：固定于污水处理厂相互冲洗滤池屋顶、边坡2个沉降敏感区，采用抗风震底座与防水支架。
（4）参数配置：设置监测频率（1Hz）、预警阈值（井筒位移速率≥5mm/d触发三级预警）。
2.操作与维护
（1）数据采集：系统自动记录GNSS原始信号并解算位移数据，支持CSV/Excel导出。
（2）远程监控：Web端或手机APP实时查看位移曲线、统计报表及预警信息，分级权限管理。
（3）故障诊断：自检模块识别信号中断、电源异常等故障，切换备用链路并推送报警。
五、GNSS监测系统应用分析
1.技术优势对比
指标传统方法GNSS系统
定位精度±5mm（人工测量）±2mm（实时RTK）
数据更新频率每周1次1Hz（实时）
劳动强度高（人工巡检）全自动化
预警时效性事后分析实时预警
2.煤矿安全效益
（1）风险防控：对雨季边坡24小时实时监测预警，避免滑坡地质灾害事故，保障污水处理厂安全运转。
（2）合规性提升：监测数据满足《煤矿测量规程》，动态达标管理减少检查频次30%。
六、经济效益分析
1.成本节约：
（1）人工成本：替代5人测量团队，年节约5*12*2*300=36000元。
（2）维修费用：减少污水设备、房屋损坏损失，年节约20万元。
2.增量收益：
（1）污水处理量：保障污水处理厂安全运行，年污水处理每年150万吨以上。
（2）环保效益：减少塌陷赔偿与环境治理支出10万元/年。
七、创新点
1.多源数据融合：GNSS位移分辨率提升至亚毫米级。
2.智能化预警平台：系统预测模型准确率高，实现闭环管理。
3.模块化设计：快速拆装扩