1、一、邊坡雷達介紹邊坡雷達（SSR）是一套用于露天礦區的邊坡穩定性測量和監測的設備。其主要作用是采集數據，并通過無線網絡系統將數據傳輸到監測點計算機，最終在監測點計算機或者辦公室終端計算機上顯示邊坡變形數據及設置報警。使地質工程師和礦區作業人員有信心地跟蹤邊坡變形情況，并可在優化安全性和生產效率時實施風險管理。邊坡雷達可以沿整個巖壁表面并無需與巖壁發生任何接觸，進行連續的，次毫米級精度測量。而且該系統的測量絕大部分不受雨水、灰塵或煙霧的影響。可以保證露天礦山的安全生產及經濟效益和生產的連續性，達到對邊坡進行實時監測并及時預報可能發生的滑坡、避免生命財產安全事故的目標。該系統應用了澳大利亞Grou

2、ndProbe公司開發的軟件SSRViewer Suite 4，用以顯示和監測巖壁的運動過程。SSRViewer Suite 4軟件采用一套獨特的方法來監測巖壁形變和設置報警，使系統與緊急工作程序完全融為一體。圖1-1 邊坡雷達在礦坑中的應用二、邊坡雷達組成邊坡雷達由硬件及軟件兩部分構成。硬件由遠區域電源（RAPS）、顯示器（Display Unit）、計算機電子箱（CEB）、雷達電子箱（REB）、盤子（Dish）、天線（Feed horn）和拖車（Trailer）等組成（如圖2-1）。軟件主要為SSRViewer Suite 4，其中又包括了SSRControl、SSRViewer、Elin

3、k、Wall Starter Wizard、VNC、Web Upload等。 圖2-1 邊坡雷達硬件組成 下面介紹邊坡雷達幾種主要部件： 1、遠區域電源邊坡雷達系統提供了一套保證長時間穩定供電的備用電源（遠區域電源），借助于柴油發動機的動力，為整個系統提供了持續的12V直流電源。 遠區域電源如圖2-2所示。圖2-2 遠區域電源 2、顯示器 顯示器的作用是聯系工作人員和邊坡雷達系統的溝通。備用電源如圖2-3所示。圖2-3 顯示器 3、CEB和REB（計算機電子箱和雷達電子箱）CEB（計算機電子箱）為邊坡雷達系統提供計算機控制。REB（雷達電子箱）作用是生成和處理雷達信號。CEB和REB如圖2-4

4、和2-5所示。圖2-4 CEB（計算機電子箱）圖2-5 REB（雷達電子箱） 4、盤子和喇叭天線盤子和喇叭天線的作用是傳輸和接收邊坡雷達信號。盤子和喇叭天線如圖2-6。圖2-6 盤子和喇叭天線 5、拖車 拖車的作用是為邊坡雷達提供一個工作平臺，同時也可以方便移動。拖車如圖2-7。圖2-7 拖車三、邊坡雷達特點邊坡雷達具有如下特點：（1）邊坡雷達監測技術是一種基于差值干涉測量法、利用雷達波監測露天礦邊坡的技術。該系統先對邊坡面進行分區域的掃描, 然后將每個區域的掃描監測結果與之前獲得的掃描監測數據進行比較, 從而確定邊坡面的位移程度。（2）該系統與其他的邊坡監測技術相比較, 其優勢在于不需要將雷

5、達反射器固定在巖石表面, 就能對整個巖石邊坡面進行監測。（3）該系統對邊坡面移動量的監測精度達到次毫米級。（4）該系統監測精度不受陰雨、霧靄、灰塵以及煙霾的干擾和影響。（5）該系統可以安裝在專用的拖車上, 能夠在監測現場實現方便、快捷的移動。（6）該系統自帶柴油發動機，為系統的連續運轉提供了保證。（7）工作溫度變化范圍大，為-25C60C。（8）監測范圍可達302800m。（9）可進行連續掃描（每次掃描210分鐘，每天24小時監測）。（10）覆蓋范圍廣泛（每次掃描數達千個點）。（11）水平掃描角度為270度，垂直掃描角度為120度。（12）沈陽院擁有一批從事露天采礦方面的專業人才，有多年的邊坡

6、穩定性監測方面經驗，能夠很好地服務于現場。四、邊坡雷達原理邊坡數據的采集在掃描的過程中完成，掃描自邊坡表面的頂部向底部，或從邊坡表面的底部向頂部反復進行。工程技術人員通過初級監測站（PMP）直接或間接觀察到掃描數據，并針對一次掃描至下一次掃描的數據（主要是兩次掃描位移量的變化）進行比較。信號通過SSR系統傳輸（Tx），如下圖所示。信號指向巖壁，然后反彈至巖壁的粗糙表面，通過SSR系統來接收。SSR系統記錄接收到的信號相對于傳輸信號的相位。圖4-1 SSR系統傳輸一個信號，該信號反彈到巖壁上，再由SSR系統接收這個信號SSR系統重復對巖壁的掃描過程，對從一次掃描到下一次掃描的雷達數據進行比較。該

7、系統測量收到的信號相對于傳輸信號的相位變化，計算巖壁的位移（如果有）。如果巖壁從一次掃描到下一次掃描之間發生了運動，這將導致相位與巖壁運動成比例的相位變化。圖4-2 SSR系統測量的相位變化，并計算巖壁的運動量下面的兩個電磁波簡圖解釋了波之間相位的變化。相位的變化用于計算從一次掃描到下一次掃描期間一個礦區邊坡表面的位移。振幅時間 相位變化圖4-3 兩個電磁波之間相位變化圖邊坡穩定性雷達（SSR）的最終的輸出數據結果主要有變形（Deformation）、振幅（Amplitude）、距離（Range）。其中：1 變形（Deformation）：兩次掃描的相位變化的量度。2 振幅（Amplitude

8、）：返回的相位合矢量的大小。3 距離（Range）：雷達到邊坡之間的距離。四、邊坡雷達軟件功能邊坡雷達數據采集及分析的軟件為SSRViewer Suite 4，該軟件安裝在雷達系統、監測點計算機和終端計算機上。對于邊坡雷達的數據分析過程，即為排除掃描區和雷達之間大氣溫度和濕度等影響，找到真正變形、速度曲線，并設置報警，最后預測滑坡時間的過程。邊坡雷達軟件功能主要由報警和分析兩種組成。一、報警功能通過地質人員的經驗判斷，以及邊坡雷達軟件曲線的分析，給出合理的報警值，并設置到軟件中。當邊坡變形速度達到設置值時觸發報警，當然也可以設置多重報警，如下：（1）警戒閾值：根據位移、速度曲線的判斷，設定具體

9、的警戒閾值，報警顏色為黃色。圖4-1 黃色報警（2）危險閾值：根據位移、速度曲線的判斷，設定具體的危險閾值，報警顏色為橙色。圖4-2 橙色報警（3）報警閾值：根據位移、速度曲線的判斷，設定具體的報警閾值，報警顏色為紅色。圖4-3 紅色報警二、分析功能軟件中的分析功能主要由幾種曲線完成，曲線提供了不同的功能。（1）大氣校正空氣溫度、壓力和濕度影響著邊坡雷達波的速度，如果不進行校正，這些影響因素顯示到SSRViewer中如同是邊坡變形，所以雷達系統會自動進行大氣校正。系統的每次掃描會進行大氣校正，而校正的結果將顯示在“Atmospheric Correction Parameters”圖像中。由于

10、在正常天氣變化下，空氣溫度、壓力和濕度每天呈周期性變化，所以正常的大氣校正圖像為周期性的圍繞一條直線變化，如圖4-4。特殊地，邊坡雷達系統也將其向前或向后的移動歸結為大氣校正，所以一些周期性地向下或向上趨勢的大氣校正實際為雷達拖車的向前或向后移動，如圖4-5。這種情況下，視變化大小而定，如果變化在正常范圍內，并不需要重新建立掃描區，而此時大氣校正只是作為一種參考。圖4-4 正常的大氣校正曲線圖4-5 非正常大氣校正曲線（2）變形曲線由于邊坡變形的大小和變形曲線的形態是邊坡滑坡預測的重要判斷標準。所以在軟件SSRViewer中，變形曲線則成為觀察邊坡變形大小及速率的最直接也是最有效的曲線。在確定

11、大氣校正為正常的前提下，才可以對變形曲線進行判斷分析。而對于變形曲線的分析，也要區分真正的邊坡變形曲線或卡車移動、樹木搖擺形成的變形曲線。卡車移動、樹木搖擺形成的曲線主要特征為變形曲線可能出現或者不出現加速跡象，但是觀察振幅曲線、距離曲線后，一定會發現振幅和距離出現凌亂的、折線非常多的現象，見圖4-6。圖4-6 卡車移動、樹木搖擺形成的曲線真實的邊坡變形應當是緩慢的，所以變形曲線應當是平滑的，而且振幅曲線、距離曲線也不應當出現凌亂的現象。圖4-7中通過變形曲線和振幅曲線、距離曲線的對比，可以很容易地判斷此變形曲線即為邊坡的真實變形曲線。圖4-7 真實的邊坡變形曲線（3）速度曲線在確定邊坡存在加

12、速變形或者變形大小判斷不清的情況下，速度曲線就成為了很重要的判別手段。在圖4-8和圖4-9中，我們選擇了邊坡上同一點的變形曲線（紅色曲線）對應的60分鐘速度曲線和240分鐘曲線，兩者的計算周期不同，所以出現的曲線形態就有所區別，但是60分鐘速度曲線比240分鐘速度曲線更敏感，不過240分鐘速度曲線可以更顯著地體現速度變化趨勢。由此，速度大小和速度的變化趨勢一目了然。圖4-8 60分鐘速度曲線圖4-9 240分鐘速度曲線（4）預測滑坡的時間當邊坡處于臨滑狀態時，速度在不斷變大，最后導致滑坡。利用此原理，SSRViewer引進了速度倒數曲線。其原理為：當速度不斷增大時，速度倒數不斷減小，直至滑坡那

13、一刻變為零。 從圖4-10中可以看出，該曲線橫軸為時間，縱軸為速度倒數，通過速度倒數的變化趨勢可以畫出一條直線，該直線與Y=0直線的交點對應的橫軸值，即為將要滑坡的時間。圖4-10 速度倒數曲線五、實際應用邊坡穩定性監測雷達現在已經被各種大型露天礦所廣泛采用, 成為露天礦邊坡穩定性監測的最佳工具。目前, 世界上有 15 個國家在使用80多套這樣的裝備進行露天礦邊坡穩定性的監測。這項技術之所以獲得如此廣泛的應用, 是因為這套技術裝備對露天礦作業中邊坡穩定性危害監測管理進行革命性的改造。很多露天礦發現, 利用邊坡監測雷達可以最大限度地減少露天礦邊坡塌方引起的災害事故, 同時, 還能在礦坑內存在邊坡穩定性隱患的區段實現生產效率的最大化。在國內