摘 要

露天矿山边坡的地质灾害是影响安全生产的重大隐患，GNSS监测方法因具有精度高、实时性强、连续性好等优点，已成为露天矿山边坡稳定性监测的重要技术手段之一。由于受到空间对流层干扰、多路径效应及卫星时钟等因素的影响，GNSS监测结果中存在着严重的噪声干扰，直接利用GNSS监测坐标时间序列，难以准确地分析边坡真实变形大小和未来变形趋势。本文应用已有的GNSS监测坐标时间序列消噪方法和露天矿边坡位移预测模型，结合形成一套完整的露天矿边坡GNSS监测坐标时间序列数据综合处理方法,最后以陕西金堆城露天矿边坡采集的坐标时间序列位移数据作为实验样本进行相应的实验验证。本文的研究可以对GNSS解算结果中累积与传播的误差进行有效地控制，切实提高露天矿边坡变形监测和趋势预测的准确性，为露天矿山边坡治理和安全防护提供决策依据。

关键词：露天矿边坡；小波消噪；组合边坡预测模型；GNSS监测数据处理方法

Abstract

The geological disaster of open-pit slope is a great hidden danger to the influence of production safety. The GNSS monitoring method, performing the advantages of high precision, strong real-time performance, good continuity and so on, has become one of the important means of open-pit slope's stability monitoring. Due to space tropospheric disturbances, the multipath effect and satellite clock and other factors, the GNSS monitoring results exists serious noise interference. The direct use of GNSS monitoring time series of coordinate is difficult to accurately analyze slope real deformation value and deformation trend in the future. In this paper, the existing GNSS monitoring coordinate time series denoising method and the open pit slope displacement prediction model, are combined to form a complete set of open pit slope GNSS coordinate time series data processing method. Finally, Time series of coordinate displacement data acquised from Jinduicheng open-pit slope in Shanxi Province is applied as the experimental samples to make corresponding experiments to verify. This study can control the GNSS solution results error caused from process of accumulation and propagation, and effectively improve the open pit slope deformation monitoring and trend forecasting accuracy, providing a basis for decision-making in the open-pit mine slope control and safety protection.

Key Words：Open pit slope；Wavelet denoising；Combined forecasting model；GNSS monitoring data processing method

目 录

第1章 绪 论 1

1.1研究目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 GNSS监测时间序列的消噪的发展现状 1

1.2.2露天矿边坡变形预测方法发展现状 2

1.3 研究内容与技术路线 2

1.3.1研究内容 2

1.3.2 技术路线 3

第2章 GNSS监测坐标时间序列的小波消噪方法 4

2.1 小波消噪概述 4

2.1.1 小波函数与小波变换概述 4

2.1.2 小波消噪原理 5

2.2 基于小波分析的阈值消噪 5

2.2.1 小波阈值消噪概述 5

2.2.2 小波阈值消噪相关参数选择 6

2.2.3 基于小波系数的混合消噪方法 7

第3章 露天矿边坡变形预测模型 8

3.1 露天矿边坡变形预测模型概述 8

3.2 露天矿边坡变形预测模型 8

3.2.1分形模型概述 8

3.2.2灰色系统概述 9

3.2.3灰色系统改进的分形模型 10

第4章 工程实例 11

4.1 工程概况 11

4.2 工程数据与实验平台 12

4.3 工程实例计算结果 13

4.4 结果讨论分析 16

4.4.1 总体精度对比分析 16

4.4.2 各时间段精度与监测时间的关系讨论 18

4.4.3 边坡变形预测中样本选择的策略 18

第5章 结论和展望 20

5.1 结论 20

5.2 展望 20

参考文献 21

致谢 23

第1章 绪 论

1.1研究目的及意义

在露天矿大型工程的建设中，存在大量高陡边坡。然而，露天矿边坡的破坏是最严重和频繁的灾害，且危害性极大，不仅影响露天矿的施工作业，同时还威胁着工人生命与财产的安全。随着露天矿采掘技术的快速发展，使露天矿开采的深度越来越大，越来越多的高陡边坡已经成为露天矿山重大的隐患，对露天矿的经济效益及安全生产有着直接关系。

近些年，由于GNSS监测方法具有速度快、全天候、自动化、测站间无需通视、可以同时测定边坡点的三维坐标及精度高等优点，已经成为露天矿边坡位移监测应用中最广泛的监测方式。GNSS的全称为全球导航卫星系统，它泛指几乎所有的卫星导航系统，其中包括全球、区域与增强的，例如美国的GPS、俄罗斯的Glonass、中国的北斗卫星导航系统、欧洲的Galileo、及相关增强系统，其中还涵盖了在建和之后要建设的其他的卫星导航系统。GNSS监测方法的应用，不仅减轻测量工作的劳动强度，并且实现了监测作业自动化，与此同时保证了观测数据的连续性与完整性。但由于受到空间对流层的干扰、多路径效应及卫星时钟等因素的影响，GNSS监测结果中存在着严重的噪声干扰^[1]，从露天矿山边坡GNSS监测坐标时间序列的连续性、周期性、含噪性综合特征出发^[2]，如果直接利用GNSS监测坐标时间序列数据，难以精确地分析露天矿边坡的真实变形大小以及未来的变形趋势。

本文的研究，旨在形成了一套露天矿边坡GNSS监测坐标时间序列数据综合处理方法，对GNSS解算中累积与传播的误差进行有效地控制，切实提高露天矿边坡变形监测和趋势预测的准确性，为露天矿山边坡的安全防护提供可行的决策依据，避免经济和人员的损失。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 GNSS监测时间序列的消噪的发展现状

GNSS监测坐标连续时间序列数据经常是所需要的真实信号和各种噪音迭加一起的结果，在运用这些数据之前需想办法剔除噪声。小波分析近年来在国内得到很大的发展，它的众多的优良特性在各个应用领域都非常地出众，基于小波分析的GNSS监测坐标时间序列数据的处理运用，在信号的提取和消噪过程中效果非常明显，众多学者也在小波分析的过程贡献着自己的力量。