Учет атмосферного влияния при мониторинге устойчивости с применением электронных тахеометров

Предприятия горнодобывающей промышленности обычно расположены в отдаленных районах с суровыми климатическими условиями. Например, на месторождения Красноярского края, который расположен в областях континентального и резко континентального климата, годовой перепад температур может достигать 60-70 градусов Цельсия.

При использовании электронных тахеометров (призменный мониторинг) необходимо учитывать и вводить атмосферные поправки при измерениях расстояний. Расположение датчиков температуры, давления и влажности оказывает существенное влияние на окончательное скорректированные данные. На результаты призменного мониторинга также влияют осадки, пыль и туман. В ходе различных исследований был сделан вывод о том, что атмосферные поправки, приведенные в руководствах по эксплуатации тахеометров, точно компенсируют колебания атмосферных параметров. Однако для этого требовалось правильно расположить метеодатчик в месте проведения измерений.

Для получения достоверных метеорологических данных широко применяется экран Стивенсона. Экран Стивенсона представляет собой небольшой деревянный корпус с перфорированными стенками, который снижает влияние осадков и прямого солнечного света и позволяет метеорологическим датчикам точно измерять температуру, давление и влажность.

Изменения атмосферных условий в карьере могут быть естественными, а также могут быть вызваны проведением горных работ. Один борт карьера может быть нагретым и сухим, а противоположный борт более прохладным и влажным, или воздух карьера может быть пыльным из-за ветра и работы горнодобывающего оборудования. Экстремальные погодные условия также могут негативно повлиять на точность съемки. В подобных условиях в измерения будут внесены ошибки при использовании электронных тахеометров и отражателей, поскольку несущий сигнал от инструмента будет распространяться на значительном расстоянии (на предприятиях угледобывающей промышленности протяженность бортов может достигать 10 км и более) в различных атмосферных условиях к отражателю и от него.

Температура окружающей среды и атмосферное давление влияют на плотность воздуха, влияя на скорость принимаемого сигнала, что приводит к неточным измерениям расстояний. Таким образом, общее измеренное расстояние может быть неправильным из-за неравномерного распределения плотности атмосферы. Метеодатчик способен измерять параметры атмосферы на опорном пункте, но не может моделировать атмосферные условия в карьере. Это одна из основных сложностей геодезического мониторинга в условиях карьера. В нормальных условиях сигнал лазерного светодальномера будет следовать по прямой линии к отражателю, но при изменяющихся атмосферных условиях сигнал пойдет по более сложной криволинейной траектории из-за преломления (рисунок 3, красная линия).

Преломление – это искривление электромагнитного луча или изменение направления несущего сигнала, при котором снижается точность съемки. Таким образом, изменение температуры окружающей среды и атмосферного давления влияет на результаты измерений через преломление. Хоть это влияние и невозможно полностью устранить, существуют методы, которые можно использовать для минимизации ошибок. На измерительном приборе записываются показания температуры, давления и влажности. Затем вычисляются параметры атмосферной коррекции и применяются к измеренным длинам. Координаты, вычисленные по скорректированным значениям, обычно показывают относительно низкое значение ошибки, в то же время без поправок ошибка может достигать 20 мм и более. Когда атмосферные поправки не применяются, значения смещения будут иметь большую амплитуду. Этот эффект может быть неверно истолкован как реальное сдвижение.

Проблема призменного мониторинга на карьере заключается в том, что метеорологические условия измеряются только на пункте установки прибора, что является наиболее распространенной практикой. Эта проблему можно решить установкой метеорологических датчиков в районе объекта мониторинга (борт карьера, группа уступов, ярус отвала) вблизи долговременной наблюдательной станции для получения более точных результатов измерений.

В автоматизированной системе мониторинга с применением роботизированного тахеометра последнее показание метеорологического датчика используется программным обеспечением для вычисления атмосферных поправок и применения их к измеренным расстояниям; этот процесс выполняется автоматически.

Использование электронных тахеометров является одним из лучших доступных методов мониторинга устойчивости откосов бортов карьера. Однако на точность измерений могут сильно влиять постоянно меняющиеся атмосферные условия в карьере. Этот эффект сводится к минимуму за счет применения атмосферных поправок к результатам измерений. Поправки основаны на параметрах температуры окружающей среды, атмосферного давления и показаний относительной влажности. Метеорологические станции следует располагать не только в непосредственной близости от тахеометра, но и в районе расположения наблюдательных станций для максимального снижения влияния атмосферных условий на результаты инструментальных измерений. Основным ограничением этого подхода является то, что атмосферные условия на опорном пункте, где устанавливается тахеометр, и в районе наблюдательных станций не обязательно такие же, как в выработанном пространстве карьера.