一種尾礦庫乾灘長度的測量方法及測量系統:專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改

《一種尾礦庫乾灘長度的測量方法及測量系統》是北京礦冶研究總院於2013年3月1日申請的發明專利，該專利的申請號為2013100654364，公布號為CN103196420A，授權公布日為2013年7月10日，發明人是楊小聰、張達、袁子清、張曉朴、余樂文、陸得盛。

《一種尾礦庫乾灘長度的測量方法及測量系統》包括：在尾礦庫內選定乾灘監測剖面，並在其乾灘表面上選取至少3個監測點和至少5個輔助觀測點；獲取初始時刻每個監測點和輔助觀測點的絕對高度，進而擬合出初始時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程；在每次測量時，實時獲取當前時刻每個監測點的絕對高度，並結合初始時刻每個監測點的絕對高度以及乾灘表面曲線方程確定出每個乾灘面監測點距灘頂水平距離的當前測量誤差，進而根據預定的測量誤差臨界值確定出當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程；根據當前時刻的水位絕對高度和乾灘表面曲線方程確定出當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘長度，從而實現了對尾礦庫乾灘長度的測量。該發明能夠實時、準確、可靠地測量出乾灘長度，從而精確地反映出尾礦庫的實際安全狀況，有效降低發生尾礦庫安全事故的風險。

2016年12月7日，《一種尾礦庫乾灘長度的測量方法及測量系統》獲得第十八屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《一種尾礦庫乾灘長度的測量方法及測量系統》摘要附圖）

基本介紹

中文名：一種尾礦庫乾灘長度的測量方法及測量系統
公布號：CN103196420A
授權日：2013年7月10日
申請號：2013100654364
申請日：2013年3月1日
申請人：北京礦冶研究總院
地址：北京市豐臺區南四環西路188號總部基地十八區23號樓
發明人：楊小聰、張達、袁子清、張曉朴、余樂文、陸得盛
Int.Cl.：G01C3/28(2006.01)I；G01C5/00(2006.01)I
代理機構：北京凱特來智慧財產權代理有限公司
代理人：鄭立明、趙鎮勇
類別：發明專利

專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,操作內容,實施案例,榮譽表彰,

專利背景

尾礦庫是指築壩攔截谷口或圍地所構成的，用以堆存選礦後所排出尾礦或其他工業生產中所排出廢渣（例如：發電廢渣）的場所；它是一個具有高勢能的人造土石流危險源，存在潰壩危險，因此對尾礦庫進行安全監測勢在必行。

尾礦庫主要通過尾礦壩（尾礦壩包括初期壩和堆積壩兩部分；初期壩是指基建中用作支撐後期尾礦堆存體的壩；堆積壩是指生產過程中在初期壩壩頂以上用尾礦充填堆築而成的壩）來攔截尾礦礦漿中的固體尾礦和水。隨著尾礦礦漿的逐漸排放，尾礦礦漿中的水逐漸下沉匯聚，尾礦礦漿中的固體尾礦由於受到水力衝擊而在尾礦壩的攔截面上形成沉積體。在尾礦庫安全技術領域中，該沉積體的表層露出水面部分通常被稱為沉積灘或乾灘；乾灘的最高點位於乾灘與尾礦壩外坡的交匯處，此處通常被稱為灘頂；乾灘的灘頂至尾礦庫內水邊線之間的水平距離通常被稱為乾灘長度。乾灘長度是衡量尾礦庫是否安全運行的重要指標，如果超標可能引發庫內水位漫頂、尾礦庫潰壩等安全事故，因此必須對尾礦庫的乾灘長度進行監測。

截至2013年3月，對尾礦庫的乾灘長度進行測量的方法主要包括光學圖像識別法、雷射折線推斷法和坡度推算法。其中，光學圖像識別法和雷射折線推斷法受氣候條件和光線條件的影響十分嚴重，在大風揚沙、大霧、大雨或者夜晚等能見度較低的情況下，攝像頭無法獲取到尾礦庫的清晰圖像，雷射亮線的反射強度也會受到嚴重影響，因此這兩種方法此時的測量精度極低，甚至無法完成測量；同時，由於水邊線附近的乾灘通常也處於潮濕狀態，在寒冷氣候下，這些位置的乾灘表面也會出現結冰現象，因此通過圖像識別或雷射漫反射的方式基本無法確定出水邊線的準確位置，進而也就無法完成測量；此外，對於乾灘長度在數百米至上千米的尾礦庫而言，2013年3月前的圖像感測器（例如：電荷耦合元件CCD感測器、互補金屬氧化物半導體CMOS感測器等）均無法在如此大的量程內達到足夠高的測量精度，因此這兩種方法在此情形下也無法進行正常測量。

如圖1所示為2013年3月前技術中坡度推算法的原理示意圖，其具體實現方案為：在尾礦庫的乾灘上選取兩個監測點，其中第一監測點設定在乾灘與尾礦壩P1交接的灘頂附近，第二監測點設定在從灘頂至庫內水邊線P2的方向上，並且第二監測點與灘頂的水平距離等於最小乾灘長度；在兩個監測點各埋設一根監測桿P4，並且每根監測桿P4的頂部都安裝有一個物位計P5，預先測定出每個物位計P5的絕對高度以及兩個物位計P5之間的相對距離；在尾礦庫尾部的泄洪井P3的頂部固定一個物位計P5，並預先測定出該物位計P5的絕對高度。在每次對尾礦庫乾灘長度進行測量時，通過兩個監測點的物位計P5可以測得兩個監測點處乾灘表面至物位計P5的相對距離，再運用2013年3月前技術中的幾何知識可以計算出乾灘坡度；通過泄洪井P3頂部的物位計P5可以測算出庫內水位，再根據庫內水位和乾灘坡度就可以計算出乾灘長度。

但是，上述坡度推算法至少存在以下缺點：

（1）由於尾礦庫內每次放礦量不確定，進而使沉積灘的灘面沉積過程不規則，因此沉積灘並不是一個平坦斜面，而是存在起伏的曲面；同時，隨著尾礦礦漿中尾礦的不斷沉積，沉積灘的坡度也呈現出一個不斷變化的曲線；2013年3月前坡度推算法中僅依靠兩個檢測點就確定出乾灘長度的做法，是以沉積灘為平坦斜面以及沉積灘坡度增幅不變為前提的，因此2013年3月前坡度推算法所測得的尾礦庫乾灘長度存在很大偏差，並不能真實準確反映出尾礦庫的實際安全情況。

（2）由於尾礦庫乾灘的面積廣闊，按照2013年3月前坡度推算法乾灘表面需要設立很多監測桿，並且監測桿之間大多相距較遠，因此監測桿頂部的物位計的絕對高度通常需要選擇一個穩定的至高點（例如：高山山頂）作為測繪參考點，再利用坐標傳遞來確定；但是通常情況下測繪參考點精度等級較低，進而使尾礦庫內各測量系統的坐標系不閉合，因此測得的物位計的絕對高度會存在一定測量誤差，這將使尾礦庫乾灘長度的測量出現很大誤差，無法準確反映出尾礦庫的實際安全狀況。

（3）尾礦所形成沉積灘為鬆軟狀態，監測桿埋入其中後，會由於自身重量以及物位計的重量而產生沉陷或傾斜，進而使測量結果出現嚴重偏差；同時，隨著沉積灘的尾礦逐漸增加，監測桿會逐漸被埋沒而無法回收；因此2013年3月前的坡度推算法需要階段性的重新埋設昂貴的監測桿。

（4）由於尾礦中大多都含有侵蝕性物質，因此在2013年3月前的坡度推算法中，物位計的供電電纜和通信線纜若採取地埋方式會受到很強的腐蝕，使用壽命極短；若採用架空敷設方式設定供電電纜和通信線纜，則又存在雷擊、電桿傾斜、隨乾灘抬升電桿被埋等嚴重問題。

發明內容

專利目的

《一種尾礦庫乾灘長度的測量方法及測量系統》提供了一種尾礦庫乾灘長度的測量方法及測量系統，以便於實時、準確、可靠地測量出乾灘長度，從而精確地反映出尾礦庫的實際安全狀況，有效降低發生尾礦庫安全事故的風險。

技術方案

一種尾礦庫乾灘長度的測量方法，包括如下步驟：

步驟1、在尾礦庫內選定乾灘監測剖面，並在該乾灘監測剖面處的乾灘表面上選取至少3個監測點和至少5個輔助觀測點；在監測點中，一個監測點位於與水邊線距離小於5米的水面上，該監測點為水邊線監測點；其餘監測點為乾灘面監測點，乾灘面監測點等間距分布在灘頂與水邊線之間；在輔助觀測點中，一個輔助觀測點與灘頂的距離小於3米，該輔助觀測點為灘頂輔助觀測點；其餘輔助觀測點等間距分布在灘頂與水邊線之間；

步驟2、獲取初始時刻每個監測點的絕對高度和每個輔助觀測點的絕對高度，並根據初始時刻每個監測點的絕對高度和每個輔助觀測點的絕對高度擬合出初始時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程；

步驟3、在每次對該乾灘監測剖面處的乾灘長度進行測量時，實時獲取當前時刻每個監測點的絕對高度，並根據初始時刻每個監測點的絕對高度、當前時刻每個監測點的絕對高度，以及初始時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程確定出每個乾灘面監測點距灘頂水平距離的當前測量誤差；其中，當前時刻每個監測點的絕對高度中，水邊線監測點的絕對高度為當前時刻水位絕對高度；

步驟4、根據每個乾灘面監測點距灘頂水平距離的當前測量誤差，以及預定的測量誤差臨界值確定出當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程；

步驟5、根據當前時刻水位絕對高度，以及當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程確定出當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘長度，從而實現了對尾礦庫乾灘長度的測量。

優選地，根據每個乾灘面監測點距灘頂水平距離的當前測量誤差，以及預定的測量誤差臨界值確定出當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程包括：將每個乾灘面監測點距灘頂水平距離的當前測量誤差與預定的測量誤差臨界值進行對比，若有兩個或兩個以上乾灘面監測點距灘頂水平距離的當前測量誤差大於預定測量誤差臨界值，則重新擬合出當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程，否則直接將初始時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程作為當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程。

優選地，所述的重新擬合出當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程包括：獲取當前時刻每個輔助觀測點的絕對高度，並根據當前時刻每個監測點的絕對高度，以及當前時刻每個輔助觀測點的絕對高度重新擬合出當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程。

優選地，所述的在尾礦庫內選定乾灘監測剖面包括：獲取尾礦壩與尾礦庫內水邊線之間距離最短的線段，並將該線段作為剖面線對尾礦壩和乾灘進行縱剖，所得到的剖面作為尾礦庫內選定的乾灘監測剖面；和/或，獲取尾礦壩的輪廓以及尾礦庫內水邊線的輪廓，並將尾礦壩的輪廓的彎折部與水邊線上距離該彎折部最近的點用直線連線，再以該直線作為剖面線對尾礦壩和乾灘進行縱剖，所得到的剖面作為尾礦庫內選定的乾灘監測剖面；和/或，獲取尾礦壩的輪廓以及尾礦庫內水邊線的輪廓，並將水邊線的輪廓的彎折部與尾礦壩上距離該彎折部最近的點用直線連線，再以該直線作為剖面線對尾礦壩和乾灘進行縱剖，所得到的剖面作為尾礦庫內選定的乾灘監測剖面。

優選地，所述的實時獲取當前時刻每個監測點的絕對高度包括：在首次對該乾灘監測剖面處的乾灘長度進行測量前，在每個監測點各埋設一個乾灘監測裝置；該乾灘監測裝置包括靶標Q3、物位計P5和連線桿Q2；連線桿Q2豎直埋入監測點處的乾灘內；物位計P5和靶標Q3均固定在連線桿Q2的頂部；在每次對該乾灘監測剖面處的乾灘長度進行測量時，通過高精度定位觀測裝置測得每個監測點上靶標Q3的絕對高度，並根據每個監測點上靶標Q3的絕對高度，以及預設的靶標Q3與物位計P5之間的距離確定出每個監測點上物位計P5的絕對高度；對於每個監測點而言，通過監測點上的物位計P5測得該監測點處的乾灘表面至物位計P5之間的相對距離；再根據每個監測點上物位計P5的絕對高度，以及乾灘表面至物位計P5之間的相對距離確定出每個監測點的乾灘表面的絕對高度，即每個監測點的絕對高度。

優選地，所述的根據初始時刻每個監測點的絕對高度、當前時刻每個監測點的絕對高度，以及初始時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程確定出每個乾灘面監測點距灘頂水平距離的當前測量誤差包括如下步驟：

步驟31、將初始時刻每個監測點的絕對高度中每個乾灘面監測點的絕對高度代入初始時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程，得到初始時刻每個乾灘面監測點與灘頂的水平距離；

步驟32、將當前時刻每個監測點的絕對高度中每個乾灘面監測點的絕對高度代入初始時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程，得到當前時刻每個乾灘面監測點與灘頂的水平距離；

步驟33、將初始時刻一個乾灘面監測點與灘頂的水平距離，和當前時刻該乾灘面監測點與灘頂的水平距離先進行求差運算再進行取模運算，得到該乾灘面監測點距灘頂水平距離的當前測量誤差；對於每個乾灘面監測點均按照該步驟進行處理，得到每個乾灘面監測點距灘頂水平距離的當前測量誤差。

優選地，在尾礦庫內至少選定一個乾灘監測剖面，並且每個乾灘監測剖面均按照步驟1至步驟5執行，從而確定出每個乾灘監測剖面處的乾灘長度，以實現對尾礦庫乾灘長度的測量。

一種尾礦庫乾灘長度的測量系統，包括：數據處理裝置、全站儀、乾灘監測裝置以及高精度定位觀測裝置；乾灘監測裝置包括靶標Q3、物位計P5和連線桿Q2；物位計P5和靶標Q3均固定在連線桿Q2的頂部；

該尾礦庫乾灘長度的測量系統採用了如上述權利要求1至7中任一項所述的尾礦庫乾灘長度的測量方法，具體包括：數據處理裝置通過全站儀獲取初始時刻每個監測點的絕對高度和每個輔助觀測點的絕對高度，並根據初始時刻每個監測點的絕對高度和每個輔助觀測點的絕對高度擬合出初始時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程；在每個監測點處各埋設一個乾灘監測裝置，乾灘監測裝置的連線桿Q2豎直埋入監測點處的乾灘內；在每次對該乾灘監測剖面處的乾灘長度進行測量時，數據處理裝置通過高精度定位觀測裝置測得每個監測點上靶標Q3的絕對高度，並根據每個監測點上靶標Q3的絕對高度，以及預設的靶標Q3與物位計P5之間的距離確定出每個監測點上物位計P5的絕對高度；對於每個監測點而言，通過監測點上的物位計P5測得該監測點處的乾灘表面至物位計P5之間的相對距離；數據處理裝置再根據每個監測點上物位計P5的絕對高度，以及乾灘表面至物位計P5之間的相對距離確定出每個監測點的乾灘表面的絕對高度，即每個監測點的絕對高度。

數據處理裝置根據初始時刻每個監測點的絕對高度、當前時刻每個監測點的絕對高度，以及初始時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程確定出每個乾灘面監測點距灘頂水平距離的當前測量誤差；數據處理裝置根據每個乾灘面監測點距灘頂水平距離的當前測量誤差，以及預定的測量誤差臨界值確定出當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程；數據處理裝置根據當前時刻水邊線監測點的絕對高度，以及當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程確定出當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘長度，從而實現了對尾礦庫乾灘長度的測量。

優選地，所述的連線桿Q2包括底座Q21、底座固定桿Q22、頂部固定桿Q23以及多根拼接桿Q24；底座固定桿Q22的下端固定在底座Q21上，底座固定桿Q22的上端通過多根拼接桿Q24與頂部固定桿Q23的下端連線；拼接桿Q24的兩端均設有法蘭，並且拼接桿Q24的一端為凹槽接口，另一端為凸台接口；兩根拼接桿Q24之間，一根拼接桿Q24的凸台接口與另一根拼接桿Q24的凹槽接口連線，並且通過兩端的法蘭進行固定；底座固定桿Q22的上端為凸台接口並且設有法蘭；底座固定桿Q22的上端與一根拼接桿Q24的凹槽接口連線，並且底座固定桿Q22的上端的法蘭與該拼接桿Q24的法蘭固定；頂部固定桿Q23的下端為凹槽接口並且設有法蘭；頂部固定桿Q23的下端與一根拼接桿Q24的凸台接口連線，並且頂部固定桿Q23的下端的法蘭與該拼接桿Q24的法蘭固定。

優選地，所述的乾灘監測裝置還包括三稜台箱體Q4、蓄電池Q5、避雷針Q8以及無線數據傳輸模組Q6；三稜台箱體Q4的下部固定於連線桿Q2的頂端，物位計P5設於三稜台箱體Q4的下部；靶標Q3和避雷針Q8設於三稜台箱體Q4的頂部；三稜台箱體Q4的側表面和上表面均設有太陽能電池板Q7；太陽能電池板Q7將太陽能轉化為電能，並存入三稜台箱體Q4內部的蓄電池Q5中；蓄電池Q5為物位計P5以及三稜台箱體Q4內部的無線數據傳輸模組Q6提供穩定電能；無線數據傳輸模組Q6與物位計P5連線，並將物位計P5測得的數據傳送給數據處理裝置。

改善效果

由上述《一種尾礦庫乾灘長度的測量方法及測量系統》提供的技術方案可以看出，該發明實施例提供的尾礦庫乾灘長度的測量方法及測量系統通過獲取初始時刻至少3個監測點和至少5個輔助觀測點的絕對高度，從而擬合出初始時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程；在每次的測量中，實時測量每個監測點的絕對高度，並通過對比在初始時刻和當前時刻乾灘面監測點與灘頂的水平距離確定出初始時刻乾灘表面曲線方程的誤差是否在誤差許可範圍內，若超過誤差許可範圍內則重新擬合出當前時刻的乾灘表面曲線方程，否則直接將初始時刻的乾灘表面曲線方程作為當前時刻的乾灘表面曲線方程；將水邊線監測點的絕對高度代入當前時刻的乾灘表面曲線方程即可求出當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘長度，從而實現了對尾礦庫乾灘長度的實時測量。由此可見，該發明實施例中將乾灘表面視為一個曲面，並且對乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程進行了誤差驗證和及時調整，因此該發明實施例能夠實時、準確、可靠地測量出乾灘長度，並且真實精確地反映出尾礦庫的實際安全狀況，因而有效降低發生尾礦庫安全事故的風險。

附圖說明

圖1為2013年3月前技術中坡度推算法的原理示意圖；

圖2為《一種尾礦庫乾灘長度的測量方法及測量系統》實施例提供的尾礦庫乾灘長度的測量方法的流程示意圖一；

圖3為該發明實施例提供的乾灘監測裝置的結構示意圖；

圖4為該發明實施例提供的尾礦庫乾灘長度的測量方法的原理示意圖一；

圖5為該發明實施例提供的尾礦庫乾灘長度的測量方法的原理示意圖二；

圖6為該發明實施例提供的尾礦庫乾灘長度的測量方法的流程示意圖二。

技術領域

《一種尾礦庫乾灘長度的測量方法及測量系統》涉及尾礦庫安全技術領域，尤其涉及一種尾礦庫乾灘長度的測量方法及測量系統。

權利要求

1.一種尾礦庫乾灘長度的測量方法，其特徵在於，包括如下步驟：

步驟4、根據每個乾灘面監測點距灘頂水平距離的當前測量誤差，以及預定的測量誤差臨界值確定出當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程；

2.根據權利要求1所述的尾礦庫乾灘長度的測量方法，其特徵在於，根據每個乾灘面監測點距灘頂水平距離的當前測量誤差，以及預定的測量誤差臨界值確定出當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程包括：將每個乾灘面監測點距灘頂水平距離的當前測量誤差與預定的測量誤差臨界值進行對比，若有兩個或兩個以上乾灘面監測點距灘頂水平距離的當前測量誤差大於預定測量誤差臨界值，則重新擬合出當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程，否則直接將初始時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程作為當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程。

3.根據權利要求2所述的尾礦庫乾灘長度的測量方法，其特徵在於，所述的重新擬合出當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程包括：獲取當前時刻每個輔助觀測點的絕對高度，並根據當前時刻每個監測點的絕對高度，以及當前時刻每個輔助觀測點的絕對高度重新擬合出當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程。

4.根據權利要求1至3中任一項所述的尾礦庫乾灘長度的測量方法，其特徵在於，所述的在尾礦庫內選定乾灘監測剖面包括：獲取尾礦壩與尾礦庫內水邊線之間距離最短的線段，並將該線段作為剖面線對尾礦壩和乾灘進行縱剖，所得到的剖面作為尾礦庫內選定的乾灘監測剖面；獲取尾礦壩的輪廓以及尾礦庫內水邊線的輪廓，並將尾礦壩的輪廓的彎折部與水邊線上距離該彎折部最近的點用直線連線，再以該直線作為剖面線對尾礦壩和乾灘進行縱剖，所得到的剖面作為尾礦庫內選定的乾灘監測剖面；和/或，獲取尾礦壩的輪廓以及尾礦庫內水邊線的輪廓，並將水邊線的輪廓的彎折部與尾礦壩上距離該彎折部最近的點用直線連線，再以該直線作為剖面線對尾礦壩和乾灘進行縱剖，所得到的剖面作為尾礦庫內選定的乾灘監測剖面。

5.根據權利要求1至3中任一項所述的尾礦庫乾灘長度的測量方法，其特徵在於，所述的實時獲取當前時刻每個監測點的絕對高度包括：在首次對該乾灘監測剖面處的乾灘長度進行測量前，在每個監測點各埋設一個乾灘監測裝置；該乾灘監測裝置包括靶標（Q3）、物位計（P5）和連線桿（Q2）；連線桿（Q2）豎直埋入監測點處的乾灘內；物位計（P5）和靶標（Q3）均固定在連線桿（Q2）的頂部；在每次對該乾灘監測剖面處的乾灘長度進行測量時，通過高精度定位觀測裝置測得每個監測點上靶標（Q3）的絕對高度，並根據每個監測點上靶標（Q3）的絕對高度，以及預設的靶標（Q3）與物位計（P5）之間的距離確定出每個監測點上物位計（P5）的絕對高度；對於每個監測點而言，通過監測點上的物位計（P5）測得該監測點處的乾灘表面至物位計（P5）之間的相對距離；再根據每個監測點上物位計（P5）的絕對高度，以及乾灘表面至物位計（P5）之間的相對距離確定出每個監測點的乾灘表面的絕對高度，即每個監測點的絕對高度。

6.根據權利要求1至3中任一項所述的尾礦庫乾灘長度的測量方法，其特徵在於，所述的根據初始時刻每個監測點的絕對高度、當前時刻每個監測點的絕對高度，以及初始時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程確定出每個乾灘面監測點距灘頂水平距離的當前測量誤差包括如下步驟：步驟31、將初始時刻每個監測點的絕對高度中每個乾灘面監測點的絕對高度代入初始時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程，得到初始時刻每個乾灘面監測點與灘頂的水平距離；步驟32、將當前時刻每個監測點的絕對高度中每個乾灘面監測點的絕對高度代入初始時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程，得到當前時刻每個乾灘面監測點與灘頂的水平距離；步驟33、將初始時刻一個乾灘面監測點與灘頂的水平距離，和當前時刻該乾灘面監測點與灘頂的水平距離先進行求差運算再進行取模運算，得到該乾灘面監測點距灘頂水平距離的當前測量誤差；對於每個乾灘面監測點均按照該步驟進行處理，得到每個乾灘面監測點距灘頂水平距離的當前測量誤差。

7.根據權利要求1至3中任一項所述的尾礦庫乾灘長度的測量方法，其特徵在於，在尾礦庫內至少選定一個乾灘監測剖面，並且每個乾灘監測剖面均按照步驟1至步驟5執行，從而確定出每個乾灘監測剖面處的乾灘長度，以實現對尾礦庫乾灘長度的測量。

8.一種尾礦庫乾灘長度的測量系統，其特徵在於，包括：數據處理裝置、乾灘監測裝置以及高精度定位觀測裝置；所述的高精度定位觀測裝置包括全站儀；乾灘監測裝置包括靶標（Q3）、物位計（P5）和連線桿（Q2）；物位計（P5）和靶標（Q3）均固定在連線桿（Q2）的頂部；該尾礦庫乾灘長度的測量系統採用了如上述權利要求1至7中任一項所述的尾礦庫乾灘長度的測量方法，具體包括：數據處理裝置通過全站儀獲取初始時刻每個監測點的絕對高度和每個輔助觀測點的絕對高度，並根據初始時刻每個監測點的絕對高度和每個輔助觀測點的絕對高度擬合出初始時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程；在每個監測點處各埋設一個乾灘監測裝置，乾灘監測裝置的連線桿（Q2）豎直埋入監測點處的乾灘內；在每次對該乾灘監測剖面處的乾灘長度進行測量時，數據處理裝置通過高精度定位觀測裝置測得每個監測點上靶標（Q3）的絕對高度，並根據每個監測點上靶標（Q3）的絕對高度，以及預設的靶標（Q3）與物位計（P5）之間的距離確定出每個監測點上物位計（P5）的絕對高度；對於每個監測點而言，通過監測點上的物位計（P5）測得該監測點處的乾灘表面至物位計（P5）之間的相對距離；數據處理裝置再根據每個監測點上物位計（P5）的絕對高度，以及乾灘表面至物位計（P5）之間的相對距離確定出每個監測點的乾灘表面的絕對高度，即每個監測點的絕對高度。

9.根據權利要求8所述的尾礦庫乾灘長度的測量系統，其特徵在於，所述的連線桿（Q2）包括底座（Q21）、底座固定桿（Q22）、頂部固定桿（Q23）以及多根拼接桿（Q24）；底座固定桿（Q22）的下端固定在底座（Q21）上，底座固定桿（Q22）的上端通過多根拼接桿（Q24）與頂部固定桿（Q23）的下端連線；拼接桿（Q24）的兩端均設有法蘭，並且拼接桿（Q24）的一端為凹槽接口，另一端為凸台接口；兩根拼接桿（Q24）之間，一根拼接桿（Q24）的凸台接口與另一根拼接桿（Q24）的凹槽接口連線，並且通過兩端的法蘭進行固定；底座固定桿（Q22）的上端為凸台接口並且設有法蘭；底座固定桿（Q22）的上端與一根拼接桿（Q24）的凹槽接口連線，並且底座固定桿（Q22）的上端的法蘭與該拼接桿（Q24）的法蘭固定；頂部固定桿（Q23）的下端為凹槽接口並且設有法蘭；頂部固定桿（Q23）的下端與一根拼接桿（Q24）的凸台接口連線，並且頂部固定桿（Q23）的下端的法蘭與該拼接桿（Q24）的法蘭固定。

10.根據權利要求8或9所述的尾礦庫乾灘長度的測量系統，其特徵在於，所述的乾灘監測裝置還包括三稜台箱體（Q4）、蓄電池（Q5）、避雷針（Q8）以及無線數據傳輸模組（Q6）；三稜台箱體（Q4）的下部固定於連線桿（Q2）的頂端，物位計（P5）設於三稜台箱體（Q4）的下部；靶標（Q3）和避雷針（Q8）設於三稜台箱體（Q4）的頂部；三稜台箱體（Q4）的側表面和上表面均設有太陽能電池板（Q7）；太陽能電池板（Q7）將太陽能轉化為電能，並存入三稜台箱體（Q4）內部的蓄電池（Q5）中；蓄電池（Q5）為物位計（P5）以及三稜台箱體（Q4）內部的無線數據傳輸模組（Q6）提供穩定電能；無線數據傳輸模組（Q6）與物位計（P5）連線，並將物位計（P5）測得的數據傳送給數據處理裝置。

實施方式

操作內容

首先需要說明的是，由於乾灘的沉積需要很長的時間，因此乾灘表面整體形狀的變化是一個緩變過程；在實際套用中，尾礦礦漿在尾礦庫內的排放是有專門的技術人員負責調整的，其排放過程會充分考慮乾灘整體的抬升速度，因此在一段較長時間內，乾灘表面的變化近似可以看成是一個乾灘表面整體形狀不變的高度抬升過程；但這一高度抬升過程並不是各點抬升高度一致的抬升過程，而是由水邊線向灘頂抬升高度逐漸變小的抬升過程，灘頂的絕對高度在此段時間內幾乎是不發生變化的。《一種尾礦庫乾灘長度的測量方法及測量系統》實施例所提供的尾礦庫乾灘長度的測量方法及測量系統正是考慮了尾礦庫的這些特點後提出的；下面將分別從測量方法和測量系統兩個方面對《一種尾礦庫乾灘長度的測量方法及測量系統》進行詳細描述。

（一）一種尾礦庫乾灘長度的測量方法

如圖2所示，一種尾礦庫乾灘長度的測量方法，其具體可以包括如下步驟：

步驟1、在尾礦庫內選定乾灘監測剖面（所謂乾灘監測剖面是指從尾礦壩灘頂向水邊線的方向作一條直線，以該直線作為剖面線對尾礦壩和乾灘進行縱剖，所得到的剖面就是乾灘監測剖面），並在該乾灘監測剖面處的乾灘表面上選取至少3個監測點和至少5個輔助觀測點。

其中，在監測點中，一個監測點位於與水邊線距離小於5米的水面上，該監測點為水邊線監測點；其餘監測點為乾灘面監測點，乾灘面監測點等間距分布在灘頂與水邊線之間；在輔助觀測點中，一個輔助觀測點與灘頂的距離小於3米，該輔助觀測點為灘頂輔助觀測點；其餘輔助觀測點等間距分布在灘頂與水邊線之間。

具體地，在該乾灘監測剖面處的乾灘表面上選取監測點和輔助觀測點的技術方案可以包括：採用2013年3月前技術測得該乾灘監測剖面處乾灘斜面的長度，若干灘斜面的長度小於或等於100米，則在該乾灘監測剖面處的乾灘表面上選取3個監測點和5個輔助觀測點，並且除了水邊線監測點以外的監測點等間距分布在灘頂與水邊線之間，除了乾灘面監測點以外的輔助觀測點等間距分布在灘頂與水邊線之間；若干灘斜面的長度大於100米，則乾灘斜面的長度每增加50米就新增1個監測點和2個輔助觀測點，並且除了水邊線監測點以外的監測點等間距分布在灘頂與水邊線之間，除了乾灘面監測點以外的輔助觀測點等間距分布在灘頂與水邊線之間。

進一步地，在尾礦庫內可以隨意選定一個或多個乾灘監測剖面，也可以根據尾礦庫的規模、尾礦壩的輪廓等尾礦庫具體情況來確定選擇哪幾個乾灘監測剖面，但最好是選擇最能反映出尾礦庫安全狀況的乾灘監測剖面；在實際套用中，可以按照以下技術方案中的至少一種來選定乾灘監測剖面：

（1）獲取尾礦壩與尾礦庫內水邊線之間距離最短的線段，並將該線段作為剖面線對尾礦壩和乾灘進行縱剖，所得到的剖面作為尾礦庫內選定的乾灘監測剖面；

（2）獲取尾礦壩的輪廓以及尾礦庫內水邊線的輪廓，並將尾礦壩的輪廓的彎折部與水邊線上距離該彎折部最近的點用直線連線，再以該直線作為剖面線對尾礦壩和乾灘進行縱剖，所得到的剖面作為尾礦庫內選定的乾灘監測剖面；

（3）獲取尾礦壩的輪廓以及尾礦庫內水邊線的輪廓，並將水邊線的輪廓的彎折部與尾礦壩上距離該彎折部最近的點用直線連線，再以該直線作為剖面線對尾礦壩和乾灘進行縱剖，所得到的剖面作為尾礦庫內選定的乾灘監測剖面；

上述三種方案中所述的“尾礦壩與尾礦庫內水邊線之間距離最短的線段”、“尾礦壩的輪廓”以及“尾礦庫內水邊線的輪廓”可以在光線和氣候條件良好的情況下採用2013年3月前技術中的光學圖像識別法或雷射折線推斷法測算得出，也可以採用2013年3月前技術中的其他可行方法進行測算；而“水邊線上距離尾礦壩輪廓彎折部最近的點”以及“尾礦壩上距離水邊線輪廓彎折部最近的點”可以利用2013年3月前技術的幾何分析法計算得出，也可以採用2013年3月前技術中的其他可行方法進行測算；由於這些均是2013年3月前技術，因此該申請檔案中不再贅述。

該步驟中需要說明的是，在尾礦庫內至少應選定一個乾灘監測剖面，並且每個乾灘監測剖面均按照《一種尾礦庫乾灘長度的測量方法及測量系統》實例中所提供的步驟1至步驟5執行，從而確定出每個乾灘監測剖面處的乾灘長度，以便於更加真實準確地反映出該尾礦庫乾灘的實際安全狀況。顯而易見地，尾礦庫內選定乾灘監測剖面的數量越多，就越能真實精確地反映出尾礦庫乾灘的實際安全狀況，但是如果選定的乾灘監測剖面過多，那么就會大幅增加監測成本，因此在尾礦庫內選定乾灘監測剖面時也應考慮實際的監測成本。

步驟2、獲取初始時刻每個監測點的絕對高度和每個輔助觀測點的絕對高度，並根據初始時刻每個監測點的絕對高度和每個輔助觀測點的絕對高度擬合出初始時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程。

具體地，直接利用全站儀測得初始時刻每個監測點的絕對高度和每個輔助觀測點的絕對高度，再利用2013年3月前技術中具備曲線擬合功能的軟體（例如：2013年3月前技術中的EXCEL、ORIGIN科學計算與繪圖軟體）對每個監測點的絕對高度和每個輔助觀測點的絕對高度進行處理，從而得到初始時刻該乾灘監測剖面處乾灘表面的初始曲線方程。該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程表示的是乾灘表面上某點的絕對高度與該點到灘頂水平距離的函式關係。

步驟3、在每次對該乾灘監測剖面處的乾灘長度進行測量時，實時獲取當前時刻每個監測點的絕對高度，並根據初始時刻每個監測點的絕對高度、當前時刻每個監測點的絕對高度，以及初始時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程確定出每個乾灘面監測點距灘頂水平距離的當前測量誤差。

其中，當前時刻每個監測點的絕對高度中，水邊線監測點的絕對高度為當前時刻水位絕對高度。

具體地，所述的實時獲取當前時刻每個監測點的絕對高度可以包括：在首次對該乾灘監測剖面處的乾灘長度進行測量前，在每個監測點各埋設一個乾灘監測裝置（該乾灘監測裝置可以採用如圖3所示的結構，在下文的測量系統部分有描述，因此此處不作贅述）；該乾灘監測裝置包括靶標Q3、物位計P5和連線桿Q2；連線桿Q2豎直埋入監測點處的乾灘內；物位計P5和靶標Q3均固定在連線桿Q2的頂部；在每次對該乾灘監測剖面處的乾灘長度進行測量時，通過高精度定位觀測裝置（例如：該高精度定位觀測裝置可以為智慧型全站儀，它可以通過程式控制自動測得指定監測點上靶標Q3的絕對高度，從而可以實時精確測得每個監測點上靶標Q3的絕對高度，以防止乾灘監測裝置沉陷或傾斜造成測量誤差）測得每個監測點上靶標Q3的絕對高度，並根據每個監測點上靶標Q3的絕對高度，以及預設的靶標Q3與物位計P5之間的距離確定出每個監測點上物位計P5的絕對高度；對於每個監測點而言，通過監測點上的物位計P5測得該監測點處的乾灘表面至物位計P5之間的相對距離；再根據每個監測點上物位計P5的絕對高度，以及乾灘表面至物位計P5之間的相對距離確定出每個監測點的乾灘表面的絕對高度，即每個監測點的絕對高度。

進一步地，根據初始時刻每個監測點的絕對高度、當前時刻每個監測點的絕對高度，以及初始時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程確定出每個乾灘面監測點距灘頂水平距離的當前測量誤差可以包括如下步驟：

該步驟中需要說明的是，由於在一段較長時間內，乾灘表面的變化近似可以看成是一個乾灘表面整體形狀不變的高度抬升過程，因此在這個時間段內，初始時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程仍然可以真實反映出該乾灘監測剖面處的乾灘表面的起伏情況，該乾灘表面曲線方程可以直接作為當前時刻的乾灘表面曲線方程；通過對比在初始時刻和當前時刻每個乾灘面監測點與灘頂的水平距離確定出初始時刻乾灘表面曲線方程的誤差是否在誤差許可範圍內，若超過誤差許可範圍內則表明初始時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程無法真實反映出該乾灘監測剖面處的乾灘表面的起伏情況，需要重新擬合出當前時刻的乾灘表面曲線方程，否則則表明初始時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程仍然能夠真實反映出該乾灘監測剖面處的乾灘表面的起伏情況，可以直接將初始時刻的乾灘表面曲線方程作為當前時刻的乾灘表面曲線方程；

步驟4、根據每個乾灘面監測點距灘頂水平距離的當前測量誤差，以及預定的測量誤差臨界值確定出當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程。

具體地，將每個乾灘面監測點距灘頂水平距離的當前測量誤差與預定的測量誤差臨界值（該測量誤差臨界值可以由尾礦庫規模，乾灘斜面的長度、測量結果的要求精度等因素來確定，例如：該測量誤差臨界值可以為40.0，當小於40.0時認為乾灘剖面形態沒有變化，即乾灘灘面曲線方程不需要改變）進行對比，若有兩個或兩個以上乾灘面監測點距灘頂水平距離的當前測量誤差大於預定測量誤差臨界值，則重新擬合出當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程，否則直接將初始時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程作為當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程。

進一步地，重新擬合出當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程可以包括以下過程：獲取當前時刻每個輔助觀測點的絕對高度，並根據當前時刻每個輔助觀測點的絕對高度，以及步驟3中測得的當前時刻每個監測點的絕對高度重新擬合出當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程。與獲取初始時刻每個輔助觀測點的絕對高度相類似，當前時刻每個輔助觀測點的絕對高度也可以採用全站儀測得；根據當前時刻每個輔助觀測點的絕對高度和每個監測點的絕對高度重新擬合出乾灘表面曲線方程的方法與擬合初始時刻乾灘表面曲線方程的方法相同，故在此處不再贅述。

具體地，由於乾灘表面的實時曲線方程表示的是實時狀況下乾灘表面上某點的絕對高度與該點到灘頂距離的函式關係，因此只要將當前時刻水位絕對高度代入到當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程，就可以得出當前時刻水邊線監測點到灘頂的水平距離，也就是當前時刻乾灘長度，因而實現了對尾礦庫乾灘長度的測量。

除了上述技術方案外，《一種尾礦庫乾灘長度的測量方法及測量系統》實施例所提供的尾礦庫乾灘長度的測量方法還可以包括：灘頂輔助觀測點的絕對高度近似可以看作是灘頂的絕對高度，根據初始時刻測得的灘頂輔助觀測點的絕對高度，以及預設的灘頂的絕對高度與設計洪水位的對應關係可以確定出初始時刻該尾礦庫的設計洪水位，再將初始時刻測得的灘頂輔助觀測點的絕對高度，與初始時刻該尾礦庫的設計洪水位進行求差運算，就可以得到初始時刻該尾礦庫的乾灘安全超高。

其中，乾灘安全超高是指灘頂的絕對高度與尾礦庫的設計洪水位（每個尾礦庫在正式投入使用前，都要根據該尾礦庫的地理位置、該尾礦庫的形狀等因素確定出該尾礦庫內可能引發安全事故的臨界危險水位，該水位通常稱為設計洪水位；尾礦庫的設計洪水位並不是一個固定值，而是隨著灘頂絕對高度的增加而不斷變化的一組數值；尾礦庫在正式投入使用前會預先制定灘頂的絕對高度與設計洪水位之間的對應關係，因此只要測得灘頂的絕對高度就可以確定出尾礦庫的設計洪水位）的高差；它也是一個衡量尾礦庫是否安全運行的重要指標，如果超標也可能引發庫內水位漫頂、尾礦庫潰壩等安全事故，因此十分有必要對尾礦庫的乾灘安全超高進行監測。

具體地，由於在一段較長時間內，灘頂的絕對高度幾乎是不發生變化，因此在初始時刻的乾灘表面曲線方程可以真實反映出該乾灘監測剖面處乾灘表面的起伏情況時，當前時刻的灘頂的絕對高度仍等於初始時刻灘頂的絕對高度，當前時刻的乾灘安全超高仍然等於初始時刻該尾礦庫的乾灘安全超高。當初始時刻的乾灘表面曲線方程無法真實反映出該乾灘監測剖面處乾灘表面的起伏情況時，乾灘表面曲線方程需要重新擬合，需要重新測得灘頂輔助觀測點的絕對高度，因此根據重新測得的灘頂輔助觀測點的絕對高度就可以確定出當前時刻的乾灘安全超高。

需要說明的是，由於《一種尾礦庫乾灘長度的測量方法及測量系統》實施例所提供的測量方法在與水邊線距離小於5米的水面上設定了監測點，庫水位的絕對高度可以通過該監測點來獲取，而2013年3月前技術的庫水位監測中在尾礦庫庫尾的泄洪井上也安裝有庫水位絕對高度的測量裝置，因此兩處所測得的庫水位的絕對高度可以相互比較修正，進而可以解決在尾礦庫乾灘長度監測與庫水位監測中由於觀測點不同、精度不足而導致的測量高程不閉合問題。

綜上可見，《一種尾礦庫乾灘長度的測量方法及測量系統》實施例能夠實時、準確、可靠地測量出乾灘長度，從而真實精確地反映出尾礦庫的實際安全狀況，有效降低了發生尾礦庫安全事故的風險。

（二）一種尾礦庫乾灘長度的測量系統

如圖3所示，一種尾礦庫乾灘長度的測量系統，其具體結構可以包括：數據處理裝置、全站儀、乾灘監測裝置以及高精度定位觀測裝置；乾灘監測裝置包括靶標Q3、物位計P5和連線桿Q2；物位計P5和靶標Q3均固定在連線桿Q2的頂部；

該尾礦庫乾灘長度的測量系統採用了上述技術方案中所述的尾礦庫乾灘長度的測量方法，具體包括：

數據處理裝置通過全站儀獲取初始時刻每個實時監測點的絕對高度和每個輔助觀測點的絕對高度，並根據初始時刻每個實時監測點的絕對高度和每個輔助觀測點的絕對高度擬合出初始時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程；

在每個實時監測點處各埋設一個乾灘監測裝置，乾灘監測裝置的連線桿Q2豎直埋入實時監測點處的乾灘內；在每次對該乾灘監測剖面處的乾灘長度進行測量時，數據處理裝置通過高精度定位觀測裝置測得每個實時監測點上靶標Q3的絕對高度，並根據每個實時監測點上靶標Q3的絕對高度，以及預設的靶標Q3與物位計P5之間的距離確定出每個實時監測點上物位計P5的絕對高度；對於每個實時監測點而言，通過實時監測點上的物位計P5測得該實時監測點處的乾灘表面至物位計P5之間的相對距離；數據處理裝置再根據每個實時監測點上物位計P5的絕對高度，以及乾灘表面至物位計P5之間的相對距離確定出每個實時監測點的乾灘表面的絕對高度，即每個實時監測點的絕對高度。

數據處理裝置根據初始時刻每個實時監測點的絕對高度、當前時刻每個實時監測點的絕對高度，以及初始時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程確定出每個乾灘面實時監測點的當前測量誤差；

數據處理裝置根據每個乾灘面實時監測點的當前測量誤差，以及預定的測量誤差臨界值確定出當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程；

數據處理裝置根據當前時刻水邊線實時監測點的絕對高度，以及當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程確定出當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘長度，從而實現了對尾礦庫乾灘長度的測量。

其中，所述的乾灘監測裝置還可以包括三稜台箱體Q4、蓄電池Q5、避雷針Q8以及無線數據傳輸模組Q6；三稜台箱體Q4的下部固定於連線桿Q2的頂端，物位計P5設於三稜台箱體Q4的下部；靶標Q3和避雷針Q8設於三稜台箱體Q4的頂部；三稜台箱體Q4的側表面和上表面均設有太陽能電池板Q7；太陽能電池板Q7將太陽能轉化為電能，並存入三稜台箱體Q4內部的蓄電池Q5中；蓄電池Q5為物位計P5以及三稜台箱體Q4內部的無線數據傳輸模組Q6提供穩定電能；無線數據傳輸模組Q6與物位計P5連線，並將物位計P5測得的數據傳送給數據處理裝置。

具體地，該尾礦庫乾灘長度的測量系統的各部件的具體實施方案可以包括：

（1）數據處理裝置：該數據處理裝置可以是2013年3月前技術中的任何智慧型設備並結合相應的硬體和軟體來實現的，例如：該數據處理裝置可以為安裝有數據接收模組和相應數據處理軟體的計算機，由於數據接收模組和計算機都屬於2013年3月前技術的範疇，相應數據處理軟體可以由該領域普通技術人員根據該申請文中所提及的技術方案採用2013年3月前編程技術來實現，因此該申請中對數據處理裝置不再贅述。

（2）全站儀：用於獲取該乾灘監測剖面處的乾灘表面上多個點的絕對高度；數據處理裝置通過對這些點的絕對高度進行擬合計算，從而得到該乾灘監測剖面處乾灘表面的初始曲線方程；該全站儀可以為2013年3月前技術中的傳統全站儀，也可以為2013年3月前技術中的智慧型全站儀；由於全站儀為2013年3月前技術中的常見測量設備，因此該申請檔案中不作贅述。

（3）高精度定位觀測裝置：該高精度定位觀測裝置可以為2013年3月前技術中的智慧型全站儀、經緯儀、全站儀、高精度GPS（GlobalPositioningSystem，全球定位系統）、高精度圖像感測器、三維雷射掃描裝置等測量設備；相應的套用這些測量設備對每個監測點上靶標Q3的絕對高度進行測量可以採用2013年3月前的直接測量法、圖像識別法、雷射照準法等方法進行測量；由於這些測量設備以及套用這些測量設備的測量方法均是2013年3月前技術，因此該申請檔案中不作贅述。但是，為了保證測量的實時性和精確度，在實際套用中高精度定位觀測裝置最好選用智慧型全站儀，它具備全自動線上觀測的工作方式，可以通過程式控制自動測得指定監測點上靶標Q3的絕對高度，從而可以實時精確測得每個監測點上靶標Q3的絕對高度，以防止乾灘監測裝置沉陷或傾斜造成測量誤差；當然，該智慧型全站儀也可以採用類似傳統全站儀的人工定期觀測方式來進行測量；此外，由於在確定初始曲線方程的過程中需要利用全站儀獲取該乾灘監測剖面處的乾灘表面上多個點的絕對高度，並且在尾礦庫的其他安全監測（例如：2013年3月前技術中的尾礦庫壩體表面位移監測）中也需要使用到全站儀，因此如果選用智慧型全站儀作為高精度定位觀測裝置，只需購買一套智慧型全站儀就能完成多個測量過程，這可以為礦產企業大幅節約運營成本。

（4）物位計P5：該物位計P5可以為2013年3月前技術中的雷達物位計P5、超音波物位計P5、雷射物位計P5等，由於這些物位計P5及其使用方法均為2013年3月前技術，因此該申請檔案中不作贅述。

（5）連線桿Q2：該連線桿Q2的具體結構可以包括底座Q21、底座固定桿Q22、頂部固定桿Q23以及多根拼接桿Q24；底座固定桿Q22的下端固定在底座Q21上，底座固定桿Q22的上端通過多根拼接桿Q24與頂部固定桿Q23的下端連線；拼接桿Q24的兩端均設有法蘭，並且拼接桿Q24的一端為凹槽接口，另一端為凸台接口；兩根拼接桿Q24之間，一根拼接桿Q24的凸台接口與另一根拼接桿Q24的凹槽接口連線，並且通過兩端的法蘭進行固定；底座固定桿Q22的上端為凸台接口並且設有法蘭；底座固定桿Q22的上端與一根拼接桿Q24的凹槽接口連線，並且底座固定桿Q22的上端的法蘭與該拼接桿Q24的法蘭固定；頂部固定桿Q23的下端為凹槽接口並且設有法蘭；頂部固定桿Q23的下端與一根拼接桿Q24的凸台接口連線，並且頂部固定桿Q23的下端的法蘭與該拼接桿Q24的法蘭固定。

由此可見，該連線桿Q2採用了多級拼接桿Q24的接續設計，能夠通過添加拼接桿Q24來增加連線桿Q2的高度，因此即使基座逐漸沉陷，該連線桿Q2也可以通過添加拼接桿Q24的方式來增加高度，從而連線桿Q2頂部的物位計P5可以繼續準確測量，無需重新埋設拼接桿Q24；即使沉積灘抬升，灘頂前移，該監測點需要廢棄，也僅會損失基座和部分連線桿Q2，連線桿Q2頂部的測量部件可以移動到其他地點重複使用，因此該連線桿Q2不僅結構簡單、便於安裝、而且大幅節約了成本。同時，該連線桿Q2還採用了凹槽接口與凸台接口對接的連線方式，這不僅便於拼接桿Q24安裝，而且能夠有效防止整個連線桿Q2發生歪曲扭轉，保證了該連線桿Q2的牢固性和穩定性。此外，該連線桿Q2的底座Q21為面積較大的金屬圓盤底座Q21，由於底座Q21與乾灘的接觸面積較大，因此該連線桿Q2的穩定性較高，不易發生沉陷。

（6）三稜台箱體Q4和避雷針Q8：由於該三稜台箱體Q4為閉合式金屬空腔，並且頂部設有避雷針Q8，因此能夠快速將雷擊的電能經由連線桿Q2和基座導入地下，從而有效保證了連線桿Q2頂部的各種設備免受雷擊的影響。

（7）三稜台箱體Q4和太陽能電池板Q7：由於太陽能電池板Q7設定於三稜台箱體Q4的側面和上面，因此可以確保太陽在不同位置時均可接收到太陽光照射；由於太陽能轉化為電能後存儲到蓄電池Q5中，因此可以保證夜晚也可以有足夠的電能用於完成尾礦庫乾灘長度的測量；由此可見，由於《一種尾礦庫乾灘長度的測量方法及測量系統》實施例中採用了自發電設備，消除了有線供電線路，因此有效防止了由於乾灘腐蝕造成的供電故障隱患。此外，由於三稜台箱體Q4採用了不鏽鋼材料製成，並且表面噴塗有白色塗料，因此有效防止了陽光直射時三稜台箱體Q4內部的各部件由於溫升過高而損壞。

需要說明的是，該乾灘監測裝置可以採用太陽能發電，也可以採用風力發電，或者是同時採用太陽能發電和風力發電，由於太陽能發電和風力發電均為2013年3月前技術中的公知內容，因此該申請檔案中不再贅述。

（8）無線數據傳輸模組Q6：該無線數據傳輸模組Q6的數據傳輸天線Q61設定於三稜台箱體Q4的頂部，該無線數據傳輸模組Q6可以採用2013年3月前技術中的WiFi（Wireless Fidelity，無線電-高保真，它是一個無線網路通信技術的品牌，是IEEE802.11系列協定的無線區域網路）、GPRS（General Packet Radio Service，通用分組無線服務技術）、無線電台等無線通信技術，由於這些無線通信技術均為2013年3月前技術，因此該申請檔案中不再贅述。由於《一種尾礦庫乾灘長度的測量方法及測量系統》實施例中採用了無線通信方式，消除了有線通信線路，因此有效防止了由於乾灘腐蝕造成的通信故障隱患。

綜上可見，《一種尾礦庫乾灘長度的測量方法及測量系統》實施例能夠實時、準確、可靠地測量出乾灘長度，從而精確地反映出尾礦庫的實際安全狀況，有效降低了發生尾礦庫安全事故的風險。

實施案例

為使《一種尾礦庫乾灘長度的測量方法及測量系統》所述技術方案的內容、目的和優點更加清楚，下面通過具體實例進行詳細描述。

實施例一

如圖2至圖6所示，將《一種尾礦庫乾灘長度的測量方法及測量系統》實施例所提供的尾礦庫乾灘長度的測量系統套用於如圖2所示的尾礦庫中，並按照《一種尾礦庫乾灘長度的測量方法及測量系統》實施例所提供的尾礦庫乾灘長度的測量方法對該尾礦庫的乾灘長度進行實時監測。

該尾礦庫乾灘長度的測量系統的具體結構可以包括：數據處理裝置、智慧型全站儀以及乾灘監測裝置；如圖3所示，該乾灘監測裝置的具體結構可以包括：連線桿Q2、靶標Q3、物位計P5、三稜台箱體Q4、蓄電池Q5、避雷針Q8以及無線數據傳輸模組Q6；三稜台箱體Q4的下部固定於連線桿Q2的頂端，物位計P5設於三稜台箱體Q4的下部；靶標Q3和避雷針Q8設於三稜台箱體Q4的頂部；三稜台箱體Q4的側表面和上表面均設有太陽能電池板Q7；太陽能電池板Q7將太陽能轉化為電能，並存入三稜台箱體Q4內部的蓄電池Q5中；蓄電池Q5為物位計P5以及三稜台箱體Q4內部的無線數據傳輸模組Q6提供穩定電能；無線數據傳輸模組Q6與物位計P5連線，並將物位計P5測得的數據傳送給數據處理裝置。

其中，該數據處理裝置為安裝有數據接收模組和相應數據處理軟體的計算機；該連線桿Q2的具體結構可以包括底座Q21、底座固定桿Q22、頂部固定桿Q23以及多根拼接桿Q24；底座固定桿Q22的下端固定在底座Q21上，底座固定桿Q22的上端通過多根拼接桿Q24與頂部固定桿Q23的下端連線；拼接桿Q24的兩端均設有法蘭，並且拼接桿Q24的一端為凹槽接口，另一端為凸台接口；兩根拼接桿Q24之間，一根拼接桿Q24的凸台接口與另一根拼接桿Q24的凹槽接口連線，並且通過兩端的法蘭進行固定；底座固定桿Q22的上端為凸台接口並且設有法蘭；底座固定桿Q22的上端與一根拼接桿Q24的凹槽接口連線，並且底座固定桿Q22的上端的法蘭與該拼接桿Q24的法蘭固定；頂部固定桿Q23的下端為凹槽接口並且設有法蘭；頂部固定桿Q23的下端與一根拼接桿Q24的凸台接口連線，並且頂部固定桿Q23的下端的法蘭與該拼接桿Q24的法蘭固定。

如圖4、圖5和圖6所示，利用該尾礦庫乾灘長度的測量系統對該尾礦庫的乾灘長度進行實時監測方法如下：

步驟m1、在尾礦庫內選定乾灘監測剖面，並在該乾灘監測剖面處的乾灘表面上選取3個實時監測點和5個輔助觀測點。

具體地，如圖4所示，在尾礦壩P1外選定一個至高點安裝高精度攝像頭Q1，並在可見度高的條件下獲取整個尾礦庫的高清圖片；然後，利用2013年3月前技術中的光學圖像識別法對尾礦庫的高清圖片進行處理，得到尾礦壩P1的輪廓、尾礦庫內水邊線P2的輪廓以及尾礦壩P1與尾礦庫內水邊線P2之間距離最短的線段s1-s1’；根據尾礦壩P1的輪廓、尾礦庫內水邊線P2的輪廓以及尾礦壩P1與尾礦庫內水邊線P2之間距離最短的線段s1-s1’，分別以線段s1-s1’、s2-s2’、s3-s3’、s4-s4’作為剖面線對尾礦壩和乾灘進行縱剖，所得到的剖面S1（以線段s1-s1’為剖面線的剖面）、剖面S2（以線段s2-s2’為剖面線的剖面）、剖面S3（以線段s3-s3’為剖面線的剖面）和剖面S4（以線段s4-s4’為剖面線的剖面）均作為尾礦庫內選定的乾灘監測剖面。為了便於描述，下面僅以如圖5所示的剖面S1為例進行說明。

進一步地，採用2013年3月前技術測得剖面S1處乾灘斜面的長度小於100米，則在剖面S1處的乾灘表面上選取3個監測點（A1、A2、A3）和5個輔助觀測點（B1、B2、B3、B4、B5）；監測點A1位於與水邊線距離2米的水面上，該監測點A1為水邊線監測點A1；監測點A2和監測點A3為乾灘面監測點，乾灘面監測點A2和乾灘面監測點A3等間距分布在灘頂與水邊線之間；輔助觀測點B1與灘頂的距離為0.1米，該輔助觀測點B1為灘頂輔助觀測點B1；輔助觀測點B2、輔助觀測點B3、輔助觀測點B4和輔助觀測點B5等間距分布在灘頂與水邊線之間。

步驟m2、數據處理裝置通過智慧型全站儀獲取初始時刻每個監測點的絕對高度和每個輔助觀測點的絕對高度，並根據初始時刻每個監測點的絕對高度和每個輔助觀測點的絕對高度擬合出初始時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程。

具體地，如圖5所示，在剖面S1上以灘頂輔助觀測點B1為原點建立直角坐標系，直角坐標系的Z軸經過灘頂輔助觀測點B1並且垂直向下，直角坐標系的L軸垂直於Z軸並且沿該乾灘監測剖面的剖面線指向壩體內側；Z軸代表監測點或輔助觀測點的絕對高度，L軸表示監測點或輔助觀測點與灘頂的水平距離。數據處理裝置通過智慧型全站儀獲取剖面S1處的乾灘表面上3個監測點（A1、A2、A3）和5個輔助觀測點（B1、B2、B3、B4、B5）的三維坐標如下：水邊線監測點A1（427，4131，698.81）、乾灘面監測點A2（429，4050，699.1）、乾灘面監測點A3（443，3970，699.6）、灘頂輔助觀測點B1（451，3890，700）、輔助觀測點B2（447，3938，699.7）、輔助觀測點B3（441，3986，699.51）、輔助觀測點B4（432，4034，699.23）、輔助觀測點B5（426，4083，698.96）。由於灘頂輔助觀測點B1的三維坐標近似可以認為是灘頂三維坐標，因而根據2013年3月前技術中的幾何知識分別求出監測點A1、A2、A3與灘頂輔助觀測點B1的水平距離依次為L1、L2、L3，輔助觀測點B1、B2、B3、B4、B5與灘頂輔助觀測點B1的水平距離依次為0，I2、I3、I4、I5；在直角坐標系Z0L中，監測點A1、A2、A3的相對坐標分別為（|Z1-Z0|，L1）、（|Z2-Z0|，L2）、（|Z3-Z0|，L3），即（1.19，241）、（0.9，160.6）、（0.4，80.3）；輔助觀測點B1、B2、B3、B4、B5的相對坐標分別為（0，0）、（|Z2’-Z0|，I2）、（|Z3’-Z0|，I3）、（|Z4’-Z0|，I4）、（|Z5’-Z0|，I5），即（0，0）、（0.3，48.2）、（0.49，96.4）、（0.77，144.6）、（1.04，192.8）。利用數據處理裝置上預裝的EXCEL軟體和ORIGIN科學計算與繪圖軟體對監測點A1、A2、A3和輔助觀測點B1、B2、B3、B4、B5進行擬合計算，從而得到剖面S1處乾灘表面的曲線方程F（z）=92.13z-183.6z+236z-2.008。

步驟m3、在每次對該乾灘監測剖面處的乾灘長度進行測量時，智慧型全站儀測得每個監測點處靶標Q3的絕對高度，乾灘監測裝置的物位計P5測得每個監測點處的乾灘表面至物位計P5之間的相對距離，數據處理裝置再根據每個監測點處靶標Q3的絕對高度、乾灘表面至物位計P5之間的相對距離以及預設的靶標Q3與物位計P5之間的距離確定出每個監測點的乾灘表面的絕對高度，即每個監測點的絕對高度。

具體地，數據處理裝置通過智慧型全站儀分別測得監測點A1、A2、A3處乾灘監測裝置Q2的靶標Q3的絕對高度依次為701.91米、702.3米和702.7米；乾灘監測裝置Q2的物位計P5分別測得監測點A1、A2、A3處乾灘表面至物位計P5之間的相對距離依次為2.72米、2.78米和2.71米，然後乾灘監測裝置Q2的無線數據傳輸模組將物位計P5測得的數據傳輸給數據處理裝置；數據處理裝置根據每個監測點處靶標Q3的絕對高度、乾灘表面至物位計之間的相對距離，以及預設的靶標Q3與物位計P5之間的距離（例如：0.3米）確定出當前時刻監測點A1、A2、A3的絕對高度依次為698.89米、699.22米和699.69米。

步驟m4、數據處理裝置將初始時刻每個乾灘面監測點的絕對高度代入初始時刻的乾灘表面曲線方程得到初始時刻每個乾灘面監測點與灘頂的水平距離，並將當前時刻每個乾灘面監測點的絕對高度代入初始時刻的乾灘表面曲線方程得到當前時刻每個乾灘面監測點與灘頂的水平距離；將初始時刻一個乾灘面監測點與灘頂的水平距離和當前時刻該乾灘面監測點與灘頂的水平距離先進行求差運算再進行取模運算，得到該乾灘面監測點距灘頂水平距離的當前測量誤差；對於每個乾灘面監測點均按照該步驟進行處理，得到每個乾灘面監測點距灘頂水平距離的當前測量誤差。

具體地，數據處理裝置將初始時刻監測點A1的絕對高度（即698.81米）代入初始時刻剖面S1處乾灘表面的曲線方程F（z）=92.13z-183.6z+236z-2.008，得到初始時刻監測點A1與灘頂的水平距離為237.8；再將當前時刻監測點A1的絕對高度（即698.89米）代入初始時刻剖面S1處乾灘表面的曲線方程F（z）=92.13z-183.6z+236z-2.008，得到當前時刻監測點A1與灘頂的水平距離為215.18；最後，將初始時刻監測點A1與灘頂的水平距離（即237.8），和當前時刻監測點A1與灘頂的水平距離（即215.2）先進行求差運算再進行取模運算，得到監測點A1距灘頂水平距離的當前測量誤差為22.6。對於監測點A2和監測點A3也按照該步驟進行處理，得到監測點A2距灘頂水平距離的當前測量誤差為23.8，監測點A3距灘頂水平距離的當前測量誤差為15.5。

步驟m5、數據處理裝置將每個乾灘面監測點距灘頂水平距離的當前測量誤差與預定的測量誤差臨界值進行對比，若有兩個或兩個以上乾灘面監測點距灘頂水平距離的當前測量誤差大於預定測量誤差臨界值，則重新擬合出當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程，否則直接將初始時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程作為當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程。

具體地，該尾礦庫中剖面S1預定的測量誤差臨界值為40；數據處理裝置分別將監測點A1距灘頂水平距離的當前測量誤差（即22.6）、監測點A2距灘頂水平距離的當前測量誤差（即23.8）、監測點A3距灘頂水平距離的當前測量誤差（即15.5）與預定的測量誤差臨界值（即40）進行比較，得到監測點A1、A2、A3距灘頂水平距離的當前測量誤差均小於預定的測量誤差臨界值（即40）；因此將初始時刻剖面S1處乾灘表面的曲線方程F（z）=92.13z-183.6z+236z-2.008作為當前時刻剖面S1處乾灘表面的曲線方程F’（z），即F’（z）=92.13z-183.6z+236z-2.008。

步驟m6、數據處理裝置根據當前時刻水位絕對高度，以及當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘表面曲線方程確定出當前時刻該乾灘監測剖面處的乾灘長度，從而實現了對尾礦庫乾灘長度的測量。

具體地，數據處理裝置將水邊線監測點A1在坐標系ZOL中z坐標（即|700-698.89|=1.11），代入當前時刻剖面S1處乾灘表面的曲線方程F’（z）=92.13z-183.6z+236z-2.008，得到當前時刻剖面S1處的乾灘長度為215.2米。

由此可見，《一種尾礦庫乾灘長度的測量方法及測量系統》實施例能夠實時、準確、可靠地測量出乾灘長度，從而精確地反映出尾礦庫的實際安全狀況，有效降低發生尾礦庫安全事故的風險。

榮譽表彰