0 引言

露天采场是矿产资源开发的重要场所，随着矿产资源的不断开采，露天采场的高陡边坡稳定性问题逐渐凸显，其地质条件的复杂性和多变性使得稳定性问题变得尤为突出，高陡边坡的稳定性直接关系到矿山的安全生产（郭星强，2015）。因此，对高陡边坡进行有效监测，及时发现并处理潜在的安全隐患，成为了预防边坡失稳事故的关键环节。 GNSS、边坡雷达、各类高精度传感器、三维激光扫描以及时域反射（TDR）等一系列先进的监测技术被引入到露天采场的边坡监测中。这些技术能够从不同的角度和层面对边坡的稳定性进行实时、动态的监测。GNSS 可以提供边坡表面的精确位移数据，而边坡雷达则能够穿透一定厚度的植被和土壤，直接探测到边坡内部的结构变化。传感器系统则可以实时监测边坡内部的应力、温度、湿度等关键参数，为评估边坡的稳定性提供有力的数据支持。然而，尽管这些技术已经取得了显著的成效，但在实际应用中仍然面临诸多挑战和问题，如数据处理的复杂性、设备的维护成本、以及在不同地质条件下的适用性等。因此，系统分析当前监测技术存在的问题，并探讨其可能的发展趋势，对于进一步提升露天采场的安全生产水平具有重要的意义。

1 露天采场高陡边坡监测技术研究现状

目前，针对露天采场高陡边坡的监测技术已经形成了多种方法并存的局面（皮廷亮，2021）。其中，GPS监测技术通过高精度卫星定位，实现了对边坡位移的实时监测（邵凤影，2021）；边坡雷达监测技术则利用微波干涉测量原理，捕捉边坡表面的微小形变；传感器系统监测技术通过在边坡内部安装传感器，实时监测应力、位移等参数变化；三维激光扫描系统则能够快速获取边坡表面的三维坐标数据，分析边坡的形变情况（徐茂林等，2015）；而 TDR 监测系统则是一种新兴的边坡内部位移和形变监测技术。这些技术方法的综合应用，为全面评估边坡稳定性提供了有力支持（刘军等，2015）。

1.1 GNSS监测技术

GNSS 监测技术，包括 GPS 和其他卫星导航系统，以实现更高精度、更广泛覆盖和更全面的边坡稳定性监测，已经在露天采场高陡边坡的稳定性监测中发挥了重要作用（秦秀山等，2017）。该系统通过高精度卫星信号，GPS能够实时、准确地获取边坡表面的位移数据，通过实时监测边坡的位移变化，可以及时发现边坡的形变趋势（吴玉泉，2019），不仅监测精度高，而且具有全天候、自动化的特点，广泛应用于各类露天采场的高陡边坡监测中，为采取相应的安全措施提供依据，成为矿山安全生产的强力保障之一。

1.2 边坡雷达监测技术

边坡雷达作为一种先进的形变监测手段，基于微波干涉原理进行高精度测量，通过发射天线向边坡内部发射电磁波。当电磁波遇到不同介质时，会发生反射、折射和散射等现象。反射回来的电磁波被接收天线接收，并通过计算机进行处理和分析。通过分析反射波的特性，可以获取边坡内部的形态、结构和位移变化等信息（兰舜涯，2021）。该项技术有助于高精度无损检测，同时兼具高效实时等特点（表1）。

以中国安全生产科学研究院生产的S-SAR T型拖车雷达（武丽梅等，2023；图1）为例，其最大监测精度可达0.1 mm，这意味着它能够捕捉到边坡非常微小的位移和变形，从而及时发现边坡的异常情况，为预警系统提供准确数据，这种高精度的监测能力确保了数据的准确性和可靠性。同时边坡雷达监测系统具备先进的数据传输及存储优势，能够实现远程、实时的数据传输，可以长时间、连续地记录边坡的监测数据，为后续的数据分析和处理提供丰富的数据源。

1.3 传感器系统监测技术

传感器系统监测技术通过在边坡内部安装各种传感器，实时监测边坡内部的应力、位移、温度等参数变化。这些传感器能够捕捉到边坡内部的微小变化，从而评估边坡的稳定性（高燕，2019）。传感器系统监测技术具有实时性、连续性的特点，能够为边坡稳定性的长期监测提供可靠数据支持。各类常用传感器类型及其作用与特点见表2。

虽然传统的传感器监测也能够提供实时的数据，但其精度可能受到多种因素的影响，如环境因素（温度、湿度）、传感器自身的质量以及长期使用的磨损等。此外，某些传感器可能需要定期校准以确保其准确性。同时边坡监测传感器技术受存储容量有限、数据安全性难以保障、备份恢复机制复杂、处理大数据量时效率不高、数据传输稳定性差等因素影响，监测数据的完整性、安全性和监测系统的实时效能难以得到可靠保障。

1.4 三维激光扫描系统

三维激光扫描系统：是一种快速获取物体表面三维坐标数据的测量技术（洛桑，2022）。在露天采场高陡边坡监测中，该技术能够实现对边坡表面的全面扫描，获取高精度的三维坐标数据，生成精确的三维模型。通过对比不同时间点的扫描数据，快速获取边坡表面的三维坐标数据对比不同时间点的数据，可以分析边坡的形变情况和稳定性，为边坡治理和安全防护提供科学依据。

如图2所示，该系统的核心是三维激光扫描仪，它负责发射激光脉冲并接收反射回来的信号，从而获取边坡表面的三维数据。同时配备计算机数据处理软件，用于将扫描仪捕获的原始数据处理成点云数据，进而生成三维模型。但该技术受气象影响因素较大，且难以实现对边坡的连续实时监测。

1.5 TDR监测系统

TDR 监测系统：TDR（时域反射）监测系统是一种利用电磁波在介质中传播和反射的原理来监测边坡内部位移和形变的技术。通过向边坡内部发射电脉冲信号，并接收反射回来的信号，分析信号的时域特征，从而获取边坡内部的位移和形变信息，实现无损、连续的边坡内部位移和形变监测（钟洋和周诗超，2020）。为边坡的长期稳定性监测提供了新的技术手段，有助于及时发现潜在的安全隐患。

2 露天采场高陡边坡监测技术存在问题

2.1 监测精度和可靠性问题

高陡边坡由于其特殊的地理位置和复杂的地质结构，对监测技术的精度要求特别高。然而，在实际操作中，由于设备限制、环境干扰（如电磁噪声、大气条件变化等）或安装位置的选择不当，监测数据可能会受到影响，导致精度下降。此外，长期稳定性也是一大挑战，因为监测设备可能会因环境因素（如极端天气、长期震动等）而损坏或性能下降。

2.2 实时监测和数据传输问题

对于高陡边坡来说，实时监测至关重要，因为它能够及时发现潜在的安全隐患。然而，实时监测通常意味着需要大量的数据传输和处理能力。在偏远或恶劣的环境中，建设稳定可靠的数据传输网络是一项艰巨的任务。此外，实时监测产生的庞大数据量也对存储和处理系统提出了更高的要求。

2.3 自动化和智能化水平不足

尽管技术在不断进步，但许多边坡监测任务仍然依赖人工操作，如设备的定期检查、数据的手动记录和分析等。这不仅效率低下，而且容易出错。自动化和智能化技术的引入可以大大提高监测效率和准确性，但目前这些技术在边坡监测领域的应用还不够成熟和广泛。

2.4 多源数据融合与分析问题

高陡边坡的监测往往涉及多种传感器和技术，每种传感器都可能提供关于边坡状态的不同信息。然而，将这些不同来源、不同格式的数据有效地融合并分析是一项复杂的任务。数据之间的不一致性、冗余性和互补性都需要仔细处理。此外，缺乏有效的数据融合和分析方法可能会限制对边坡整体状态的全面理解。

3 露天采场高陡边坡监测技术发展趋势

针对上述问题，未来的露天采场高陡边坡监测技术将朝着更加智能化、自动化和集成化的方向发展。智能化方面，能够利用人工智能算法对监测数据进行自动分析、识别和预警。系统将通过学习和训练，自动识别边坡失稳的前兆特征，提前发出预警信息，为采取安全防范措施提供科学依据。同时，智能化系统还能够根据边坡的实际情况自动调整监测参数和策略，提高监测的准确性和有效性。自动化方面，能够自动完成监测数据的采集、传输、处理和分析过程（曹诚，2012）。通过提升系统的自动化程度，减少人工干预，实现监测数据的自动采集、传输和处理，提高监测效率（王连强，2021）。集成化方面，通过将GPS、边坡雷达、传感器系统、三维激光扫描等多种技术融合在一起，形成一个综合性的监测平台，实现对边坡多种参数和指标的全面监测，这将有助于更加全面地评估边坡的稳定性状况，为采取针对性的安全措施提供更为全面的数据支持。

4 结论

目前露天采场高陡边坡监测技术在研究现状上已经取得了显著的成果，形成了传统的物理监测方法以及现代的三维激光扫描和边坡雷达等先进技术并存的局面。相较而言，边坡雷达监测技术以其监测数据高精度、高数据可靠性和连续监测的实时性，在露天采场高陡边坡监测工作中发挥着重要作用。

随着科技的不断进步和工程实践的不断深入，未来的边坡监测系统将更加智能化、自动化和集成化，以实现监测数据的共享和融合，这将有利于解决当前监测技术存在的问题，为露天采场的安全生产提供更加有力的技术保障和支持，进一步提升露天采场的高陡边坡安全管理水平。

参考文献