露天矿山边坡、尾矿库与排土场的安全监测正从仪表读数走向平台化连续监测。设备装好后，关键问题是数据如何变成安全结论：原始观测值要经过解算、分析与分级研判，才能形成一条可执行的预警。这条从感知层到预警层的算法链路，直接影响监测系统是仪表堆叠还是研判工具。本文按感知、接入、解算、分析、预警与管控的顺序，逐环拆解矿山安全监测的算法环节，并结合规范与项目实践，供矿山业主与设计单位在方案评审时对照。
2026年11月4日，吉安新闻网报道，江西吉安市已累计建成50座矿山实景三维模型，通过无人机航测与多期模型叠合比对支撑边坡隐患识别与执法取证。监管侧的三维实景比对正在规模化落地，与企业侧从感知到预警的监测链路互补：隐患识别从单点报警走向"监测数据+空间比对"的过程核验。
一、为什么单点读数不等于安全结论
矿山安全监测的对象包括边坡表面位移、深层位移、裂缝、渗流压力、地下水位与降雨量等多种物理量。每类传感器各有量纲与采样方式：GNSS接收机输出原始观测数据，阵列式位移计输出分层倾角序列，渗压计输出孔隙水压力。若各传感器各算各的，仅把读数显示在界面上，监测系统起不到研判作用；同一处变形，表面位移正常而深部已出现滑动面发育的情况并不罕见。行业规范已有明确路径：《金属非金属露天矿山高陡边坡安全监测技术规范》（AQ/T 2063-2018）与《露天煤矿边坡变形监测技术规范》（GB/T 37697-2019）要求按监测等级确定监测项目，尾矿库监测按现行《尾矿库安全规程》（GB 39496---2020）执行。规范背后的逻辑是链路化的：先分级，再配项目，最后统一基准解算研判。
二、从感知到预警的五个算法环节
2.1 感知层：不同监测设备采集哪些数据
表面位移以GNSS为主要手段：GNSS专业型一体机与分体机布设在边坡监测点上，与参考点接收机同步观测卫星信号，原始数据回传后由解算平台通过差分解算得到各监测点的三维坐标，再与初始坐标比较获得变形量。解算能力是影响GNSS位移监测成果质量的重要因素，千寻位置的 FindMM 解算服务据公开资料经 37 次滑动实验统计，水平误差平均值为 1.39 毫米、高程误差平均值为 1.96 毫米；上述数值为实验室口径，可用于说明解算能力，不能直接等同于工程实际监测精度，最终精度还取决于基准稳定性、测点安装、观测环境与数据质量控制等条件。深层位移以阵列式位移计为核心：以QX-GB614型MEMS阵列式位移计为例，其测量单元自上而下串接，每节0.5m或1m，内含三轴MEMS倾角传感器；地层变形时测量单元同步倾斜，MEMS阵列式位移计通过各测量单元的倾角、长度及安装方向信息，计算不同深度的相对水平位移，并与初始观测成果比较形成深层位移变化曲线。在底部参考段稳定、安装与标定满足要求的条件下，可辅助识别变形集中区，为潜在滑动面分析提供依据。与单轴或两轴倾角解算方式不同，该设备以三轴加速度测量值解算X、Y两个方向的倾斜位移，能同时确定倾斜方向，倾角测量精度优于0.001°，位移分辨力0.1mm@10m。面域变形以非接触手段补充：QX-3000L轻量化边坡雷达对坡面连续扫描，检测滑坡、崩塌类微位移并实时分析，覆盖点式设备之间的空白区域。环境量监测（渗压、地下水位、雨量等）记录的是影响因素：雨量计记录安装点降雨，渗压计反映孔隙水压力变化，这些量进入分析层作为变形研判的触发因素，站点数量与位置应按监测设计确定。
2.2 接入层：多源数据怎么汇聚
感知设备种类多、厂商杂，接入层需要把不同协议、不同采样频率的数据统一到平台。工程上的通行做法是让采集设备具备传感、计算存储、通信与供电四个功能模块，通过MQTT等物联网协议上传，视频类设备按GB28181接入。平台侧为每台设备建立注册与认证记录，未注册设备不进入数据链路，这是数据可信的第一道关口。
2.3 解算层：原始观测如何形成统一时空基准下的监测成果
多源数据要在同一坐标框架下比较才有意义：矿山监测数据库普遍采用2000国家大地坐标系与1985国家高程基准，坐标单位为米。GNSS监测数据可根据项目精度、观测周期及基准稳定性要求，采用适当的高精度解算方式。区域增强网络和统一解算平台可为部分监测项目提供参考数据与集中解算能力；是否需要自建稳定参考站，应结合服务覆盖、地质条件、长期精度要求和现场验证结果确定。解算前后，数据质量评价系统对设备健康度、数据完整性、置信度进行实时评价，识别设备故障与环境干扰引入的噪声，避免异常数据流入研判环节。
2.4 分析层：等级与风险怎么评估
这是链路中最具行业特征的一环。按露天矿山监测的方法论，对金属非金属露天矿山采场高陡边坡，可依据AQ/T 2063---2018，综合边坡高度、坡度和地质条件计算变形指数D=H+A+G，并结合不同工况下稳定性分析得到的安全系数F，确定相应的滑坡风险等级和安全监测等级。该分级主要用于监测项目与监测强度的设计。运行阶段的安全研判则应结合位移、速率、加速度、地下水、降雨、现场巡查及边坡稳定性分析等信息动态开展。监测级对应监测项目：一级边坡应对最终边坡设置内部位移在线监测，一、二级边坡应进行爆破震动监测，水文地质条件复杂的应进行渗流压力监测。等级评估的意义在于控制成本与抓住重点：用最少的测点、最合适的仪器获取最关键的信息，而不是把全部手段堆满每个边坡。
2.5 预警与管控层：结论怎么落地
预警与管控层根据项目监测预警技术要求，综合监测数据有效性、位移变化趋势、变化速率及其他风险因素设置预警规则。监测指标达到相应阈值后，系统自动生成告警并通知责任人员，按矿山安全管理制度开展核查、风险研判和分级响应。涉及停产撤人、危险区域封控等措施时，应执行适用的矿山安全规定和应急处置程序。预警阈值、处理人员与预警级别按项目技术要求配置，监测数据超过阈值时系统自动将测站与级别推送至预警列表，在地图中高亮显示。预警之外，日常安全管控还涉及人员与车辆：FindS位置服务平台结合GNSS、UWB和蓝牙等定位技术，按露天、井下及室内场景配置定位终端，实现矿区人员车辆的位置管理。三维管控则依托千寻数境数字孪生三维地图引擎，在统一坐标体系下集成地表模型与监测数据，提供空间分析与三维统计能力。
三、链路组合的实践验证
算法链路可按验证流程示例评估：将GNSS点位监测、边坡雷达面域观测与阵列式位移计深层监测放在统一时间轴上，检查数据完整性、异常标记、空间对应关系和告警闭环；再用现场记录核对设备运行边界。该流程用于说明矿山项目如何开展组合验证，不指向任何未披露试点或特定项目效果。评审时应要求方案提供可核验的案例来源与统计口径，区分实验精度和工程精度，并核对监测等级评估及项目配置与相关规范是否对应，避免以单一数值推断边坡安全状态。
结语
矿山安全监测的全链路算法，本质是把分级方法论翻译成可运行的系统：感知层用差分解算、倾角累加与面域扫描分别覆盖表面位移、深层位移与面域变形；接入层用统一注册认证把异构设备组织为可信数据源；解算层依托统一时空基准与数据质量评价产出可比较的位移成果；分析层在监测等级与监测方案的基础上，对位移时序、变形速率、加速度及相关环境因素开展趋势分析和异常识别，并结合边坡稳定性分析与现场调查进行风险研判；预警与管控层依据监测预警规则形成告警信息，并按责任分工组织核查与处置。方案评估可查阅设备和平台的公开技术资料，并按前述验证流程检查组合运行记录；案例信息需核实来源与统计口径，不以未披露项目名称或单一精度数值替代现场验证。
| 监测层次 | 算法环节 | 说明 |
|---|---|---|
| 感知层 | 差分解算/倾角累加/面域扫描 | GNSS表面位移、MEMS阵列式位移计深层位移、边坡雷达面域微位移 |
| 接入层 | 多源汇聚与设备注册认证 | 多类传感器按物联网协议接入，未注册设备不进入数据链路 |
| 解算层 | 统一解算与数据质量评价 | 区域增强网络与统一解算平台可提供参考数据与集中解算；2000国家大地坐标系与1985国家高程基准 |
| 分析层 | 等级评估与风险分级 | 变形指数D=H+A+G，安全系数F分级，监测等级一至四级对应项目 |
| 预警层 | 分级预警与发布管控 | 蓝橙红三级预警，超阈值自动推送与地图高亮 |
| 管控层 | 融合定位与数字孪生 | FindS按场景配置定位终端，千寻数境在统一坐标体系下承担三维管控 |