今年2月22日，內蒙古阿拉善一處露天煤礦發生邊坡坍塌事故，造成了數十人傷亡。事故發生后，礦山領域的很多人都把目光聚焦在如何利用智能化、自動化的邊坡監測技術避免事故發生上，而武漢大學衛星導航定位技術研究中心教授李陶則在反思礦山企業為什么沒有定期開展相應的邊坡監測，為什么沒有使用現有的邊坡監測技術。

“這個事故告訴我們，礦山邊坡監測的核心是邊坡監測技術要能夠讓每個礦山都用得起、用得好，這意味著邊坡監測技術的經濟性要符合礦山企業的成本預算，這樣礦山企業才愿意使用邊坡監測技術。”他如是說。

李陶口中的經濟性是指邊坡監測技術要在滿足礦山企業在礦山監測的基本規范要求下，以及傳統測繪技術投入的基礎上，如何利用同樣的經濟成本實現邊坡變形的智能化、自動化監測。在當前的礦山邊坡監測技術中，可以全天候自動化監測的GNSS（全球導航衛星系統）技術是礦山邊坡監測的重要手段之一。根據市場需求，GNSS監測設備的精度分為米級、分米級、厘米級、毫米級。在李陶看來，“一個月才動幾厘米”的礦山邊坡根據國內露天礦山高陡邊坡監測的相關規范要求（GNSS監測設備的水平誤差不大于6毫米、高程誤差不大于3毫米），厘米級GNSS監測設備就能滿足邊坡監測需求。“毫米級的GNSS監測設備盡管精度更高，但會增加礦山企業的投入成本，因而礦山企業在選擇GNSS監測設備時，考慮更多的是經濟實用，而不是精度指標。”

GNSS替代人工，全天候監測邊坡

GNSS技術應用于礦山邊坡監測，這是科技發展的必然結果。在GNSS技術應用前，礦山邊坡監測的方法是用常規大地測量方法，即采用經緯儀、全站儀以及水準儀等測量儀器測定點的位移值。該方法需要人員到現場觀測，工作量大，且人身安全難以得到保障。同時，受天氣、人工、現場條件等因素的影響，該方法存在一定的系統和人為誤差，無法獲取高精度的監測數據。

當GNSS技術出現以后，因具有定位精度高、同時測定點的三維位移、測站點間無需保持通視、全天候觀測等特性被引入到礦山邊坡監測中，逐漸替代常規大地測量方法，成為礦山邊坡安全的“守衛者”。基于GNSS技術，礦山通過在邊坡重點部位布設GNSS監測設備，實現了邊坡24小時全天候自動化監測和預警，大大提高了礦山邊坡監測預警能力，有力保障了礦山安全生產。

隨著北斗的日益完善，GNSS技術為礦山邊坡監測提供的服務迎來了大飛躍。首先，北斗基于短報文功能，助力GNSS監測設備實現了無信號、弱信號、無公網等地區的礦山邊坡監測信息采集和回傳，解決了該地區的礦山邊坡自動化監測預警的難題；其次，北斗通過采用三種軌道（地球靜止軌道、傾斜地球同步軌道、中圓地球軌道），在中國區域的可見衛星數大大增加，提高了GNSS監測設備的定位可靠性和抗干擾性能力；最后，北斗解決了GNSS監測設備對國外衛星導航系統的依賴，實現了礦山邊坡監測設備的全國產化和自主可控。“一旦國外GNSS停止服務，采用國外GNSS的基準站差分定位技術的GNSS監測設備將無法工作，礦山邊坡安全將無從談起。”李陶說。

同時，李陶還提到，國產GNSS芯片的自主研發，不僅讓GNSS監測設備的核心部件擺脫了國外制約，而且帶動了GNSS監測設備的成本降低，讓更多的礦山企業能用上GNSS監測設備。在北斗的驅動下，性能得到全面提升的國產GNSS監測設備成為當前礦山企業監測邊坡的首選裝備，用實時監測和精準預警，為礦山生產安全加碼。

抓源頭、嚴末端，讓GNSS守護邊坡安全

隨著國家不斷重視礦山安全生產，對智能化、小型化、低功耗的GNSS監測設備需求不斷增加，這讓越來越多的中小企業，甚至高校，涌向GNSS監測領域，力爭在礦山邊坡監測市場中搶得一杯羹。然而，在李陶看來，繁榮景象背后存在著一大隱患，即GNSS監測設備品牌類型多、產品質量參差不齊，使得國產GNSS監測設備在無力與國外品牌抗衡的同時，監測效果也會大打折扣。如何破除隱患，提高產品質量？李陶給出了自己的建議。

各行業各司其職，做好各自的本職工作

他指出，企業的責任是嚴把質量關，提高GNSS監測設備穩定性，確保每臺設備能滿足礦山邊坡監測需求；高校的責任是攻關GNSS變形監測技術前沿課題，突破“卡脖子”技術瓶頸。“礦山企業的責任是要擦亮雙眼，選擇可靠的GNSS設備。同時監察部門也要做好招投標市場整治工作，遏制圍標串標、惡意中標等行為，為業內營造一個公開公正的營商環境。”李陶說。

頭部企業應強強合作，制定嚴格的產品質量標準，用高標準引領行業發展

“這樣不僅保障了GNSS技術在礦山邊坡監測中的快速普及，還能提高國產GNSS監測設備在國際市場上的競爭力。”李陶說。

從源頭上把控產品質量，這在李陶看來，此舉是GNSS技術做好礦山邊坡監測關鍵兩步的第一步。“第二步是末端把控設備施工質量，這是走好‘最后一公里’的關鍵。因為施工質量差，設備再好也沒用。”他指出，目前個別的礦山在安裝GNSS監測設備時，不愿意建基礎埋深為一米的觀測墩。即便建了，觀測墩也埋得很淺，“風一吹就會晃動，觀測結果肯定不準確。”同時，GNSS監測設備安裝在有遮擋區域，監測效果同樣也會受影響。因此，李陶認為，設備施工方要加強工程質量管理，確保GNSS監測設備有良好的通視條件和較為穩定埋設條件，保證觀測墩與周邊的地質環境成為一個整體。“礦山企業還要加強監督，第三方監理單位也要引入，這樣設備安裝的質量才更有保障。”無論是“抓源頭”還是“嚴末端”，各方的努力必不可少。“只有大家一起努力，GNSS技術才能做好礦山邊坡監測服務。”李陶說。

GNSS融合InSAR，礦山邊坡監測更有保障

未來，GNSS技術如何完善才能更好地為礦山邊坡安全保駕護航？李陶談了自己的看法。

第一，GNSS技術與InSAR技術的融合應用，提升GNSS高程精度。李陶指出，受衛星實際分布因素影響，GNSS在測量平面位置時，可以通過對時間段的觀測和選擇的衛星來保證衛星呈基本對稱分布，進而減弱或者消除測量距離中的偏差、衛星信號傳播過程中引發的延遲誤差等其他誤差對平面位置的影響。但是GNSS在測量高程時，被觀測的衛星基本全部處在地平面以上，呈不對稱的分布狀態，因此誤差難以消除，使得高程精度低于水平精度。以北斗為例，在亞太地區實時RTK的定位精度和高程精度達到了厘米級。為了進一步提升GNSS的高程精度，能夠獲取毫米級高程精度的InSAR技術成為了GNSS技術補強的理想對象。

InSAR技術是一種利用合成孔徑雷達對同一地區觀測的兩幅復數值影像（既有幅值又有相位的影像）數據進行相干處理，以獲取地表高程數據的技術。“X波段合成孔徑雷達衛星的波長約為3.1厘米，目前大部分SAR衛星的相位觀測精度可達1/100波長，這意味著理論上InSAR技術能獲得毫米級的監測精度。”李陶說。

當前，李陶正帶領團隊從事GNSS技術與InSAR技術融合方面的研究，并在金沙江溪洛渡水電站的大壩形變監測、湖北巴東地質災害國家野外科學觀測研究站滑坡變形監測中驗證了相關的精度指標。“通過在滑坡體上的觀測墩安裝北斗角反射器，我們成功將GNSS的高程精度修正到了1~2毫米。”李陶說。他提到的北斗角反射器是一種金屬材質的雷達信號反射裝置，它無需電源、通訊，主要是把雷達衛星發射的信號原路反射回衛星天線，再由人通過衛星影像分析北斗角反射器目標的位移變化。通過InSAR技術的助力，GNSS技術可以獲取礦山邊坡上高程方向毫米級監測數據，進一步提高了礦山邊坡監測的精準度。

第二，推進GNSS技術定制化服務，確保礦山邊坡監測精度。李陶認為，礦山邊坡監測屬于工程測量范疇，承建企業需要因地制宜為礦山邊坡監測開展定制化服務。“因為每個礦山所處的地理環境、氣候條件、電磁干擾等各不相同，這使得GNSS監測設備采集的數據精度有高有低，難以做到精準的礦山邊坡監測服務。因此承建企業需要圍繞設備的類型、站點布設，以及軟件算法等開展定制化服務，以確保GNSS監測設備獲取精確的礦山邊坡變形信息。”李陶說。第三，放寬北斗數據流傳輸的限制政策，讓GNSS技術守護更多的礦山邊坡安全。李陶指出，當前國家對北斗原始觀測值數據流的傳輸增加了諸多保密、政策審查等方面的限制，這無疑增加了北斗技術在國內外礦山邊坡監測等領域應用的制度性成本。“目前北斗技術本身已成熟，就差北斗實時數據流保密及政策審查制度的進一步開放。”李陶正在向湖北省建議對現有的北斗實時數據流傳輸相關的保密和審查制度進行適當的調整，吸納更多的中小企業能夠參與到北斗技術的創新應用和定制化服務中，以便更好地賦能礦山邊坡監測等領域。李陶認為，隨著GNSS技術的不斷完善，以及設備的經濟實用，實現自主可控的國產GNSS監測設備將通過與國產商業化SAR衛星星座聯合，可以守護好每一座礦山邊坡，為礦山安全生產筑起一道安全屏障。

審核編輯 黃宇