基于物联网的露天矿工程测量实时监测系统构建

一、引言

露天矿开采在矿产资源开发中占据重要地位，然而，其复杂的作业环境和不断增大的开采规模，对工程测量的实时性和精准性提出了严峻挑战。传统测量手段效率低、精度有限且无法实时反馈信息，难以满足现代露天矿开采需求。物联网技术凭借其强大的感知、传输与处理能力，为露天矿工程测量实时监测系统的构建带来新契机，有望实现测量数据的高效采集与实时分析，保障开采作业安全有序进行。

二、物联网技术在露天矿工程测量中的应用基础

2.1 物联网技术概述

物联网通过射频识别、传感器、全球定位系统等信息传感设备，按约定协议把任何物品与互联网连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。其具有全面感知、可靠传输和智能处理的特点，为露天矿工程测量数据的实时获取与处理提供了技术支撑。在露天矿环境中，可利用各类传感器感知测量对象的位置、位移、形变等信息，并借助网络传输至数据处理中心。

2.2 露天矿工程测量需求分析

露天矿工程测量涵盖矿区地形测绘、边坡稳定性监测、采剥量计算等多方面。在开采过程中，地形变化频繁，边坡受开采扰动易失稳，准确测量采剥量对生产规划至关重要。这要求测量系统能实时、精准地获取数据，及时发现潜在安全隐患，为开采决策提供依据。例如，实时掌握边坡位移数据，可提前预警滑坡风险；精确计算采剥量，能优化开采进度安排。

2.3 物联网技术应用优势

物联网技术应用于露天矿工程测量，可实现测量设备的智能化与自动化。传感器自动采集数据，减少人工干预，降低误差，提高数据准确性和可靠性。通过无线网络实时传输数据，使管理人员能及时了解测量情况，快速做出决策。如边坡监测传感器实时传输位移数据，一旦超过阈值，系统立即报警，为应急处置争取时间。同时，物联网技术便于对测量数据进行整合分析，挖掘数据价值，提升矿山整体管理水平。

三、基于物联网的露天矿工程测量实时监测系统架构

3.1 感知层设计

感知层是系统基础，负责采集测量数据。在露天矿不同区域部署多种传感器，如在边坡设置位移传感器、倾角传感器监测边坡变形；在开采区域布置全站仪、GPS 接收机获取地形和采剥量数据；利用雨量传感器、风速传感器收集气象信息。传感器选择具备高精度、高可靠性、抗干扰能力强且适应恶劣环境的产品，确保数据准确采集。例如，采用高精度 MEMS 位移传感器，测量精度可达毫米级，能敏锐捕捉边坡微小位移变化。

3.2 传输层构建

传输层负责将感知层采集的数据安全、快速传输至数据处理中心。根据露天矿实际环境，采用多种传输方式相结合。在网络信号良好区域，利用 4G/5G 网络进行数据传输，其具有高速率、低延迟特点；在偏远或信号弱区域，采用 LoRa 无线通信技术，该技术传输距离远、功耗低。对于重要数据，建立光纤专线传输，保障数据传输稳定性和安全性。如将边坡关键监测点数据通过光纤专线传输，确保数据不丢失、不延迟。

3.3 数据处理与管理层架构

数据处理与管理层是系统核心，由数据服务器、应用服务器和数据库组成。数据服务器接收传输层数据，进行预处理，如数据清洗、格式转换等。应用服务器运行数据分析软件和监测系统应用程序，对数据进行深度分析，如利用变形分析算法判断边坡稳定性，通过体积计算模型计算采剥量。数据库存储各类测量数据和分析结果，便于查询和调用。采用关系型数据库 MySQL 和非关系型数据库 MongoDB 结合的方式，满足不同类型数据存储需求。

四、实时监测系统的关键技术实现

4.1 数据采集与传感器技术

数据采集精度直接影响监测系统性能。传感器选型需综合考虑测量参数、精度要求、环境适应性等因素。例如，边坡位移监测选用拉线式位移传感器，其测量范围大、精度高；倾角测量采用双轴倾角传感器，可准确测量边坡倾斜角度。为提高数据采集可靠性，对传感器进行定期校准和维护，设置数据采集频率，确保及时获取变化信息。如在边坡变形活跃期，适当提高传感器采集频率，加密数据获取。

4.2 数据传输与通信技术

保障数据传输的稳定性和实时性是关键。4G/5G 网络虽传输速度快，但在复杂地形易受遮挡影响信号。LoRa 技术虽传输速率相对较低，但可作为补充，实现偏远区域数据传输。为确保数据安全，采用加密传输技术，如 SSL/TLS 加密协议，对传输数据进行加密处理，防止数据被窃取或篡改。同时，建立数据传输异常检测机制，当出现传输中断或丢包时，及时报警并尝试重传数据。

4.3 数据处理与分析技术

数据处理与分析旨在从海量测量数据中提取有价值信息。运用数据挖掘算法对历史数据进行分析，建立边坡变形预测模型、采剥量变化趋势模型等。例如，采用时间序列分析算法预测边坡位移发展趋势，利用机器学习算法对采剥设备运行数据进行分析，优化设备调度。通过可视化技术，将分析结果以直观图表形式展示，如绘制边坡位移 - 时间曲线、采剥量统计直方图，方便管理人员查看和决策。

五、结论

本文构建的基于物联网的露天矿工程测量实时监测系统，整合了物联网感知、传输与处理技术，实现了露天矿工程测量数据的实时采集、可靠传输与高效分析。通过在感知层合理部署传感器、在传输层采用多元通信方式、在数据处理与管理层运用先进算法和技术，有效提升了露天矿工程测量的精度和效率，增强了矿山开采安全性和管理科学性。该系统在实际应用中，能够及时发现矿山开采过程中的潜在风险，为矿山安全生产和高效运营提供有力保障，具有广阔的应用前景和推广价值。未来，随着物联网技术不断发展，该系统可进一步与人工智能、大数据深度融合，持续提升露天矿工程测量实时监测水平。

参考文献

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