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边坡安全守护者：矿山边坡智能监测系统

申报人：孙博烨 申报日期：2025-01-06

基本情况

2025年批次
边坡安全守护者：矿山边坡智能监测系统 学生申报
创新训练项目
工学
环境科学与工程类
学生来源于教师科研项目选题
一年期
我国露天矿山开采深度增加，导致高陡边坡稳定性问题日益严重。国家矿山安全监察局于 2023 年 8 月 30 日发布通知，计划三年内建成全国露天矿山安全生产风险监测预警系统，重点监测边坡表面变形和视频图像，同时监测内部变形、应力、爆破振动、降雨量和地下水等。矿山边坡智能监测系统通过集成传感器实时监测边坡变化，并通过数据分析技术识别异常，超出安全阈值时自动预警。该系统有助于提高作业安全性，预防地质灾害，降低运营成本，提高效率，并适用于各种类型矿山。随着技术发展，系统将更智能化、自动化，同时需遵守安全法规和标准。
无
刘晓艳，参与国家青年科学基金项目两项，发表发明专利 1 项，实用新型专利 2 项，发表 sci 期刊 4 篇，指导 2024 年大创创新训练项目获国家级立项，中国国际大学生创新大赛 2024“数广集团杯”铜奖第二指导老师
韦国才，就业指导和生涯规划指导师，研究方向：党建与思政政治教育，就业与创业指导。参与广西自治区级课题 2 项，参与市厅级科研课题 6 项，发表论文 7 篇，指导学生参加中国国际大学生创新大赛（2024）“数广集团杯”广西赛区选拔赛获“银奖“一项。
何贵香，主持及参与省部级及以上科研项目 10 项。发表论文 30 余篇，其中 SCI2 篇、EI1 篇。指导学生获得创新创业大赛广西赛区金奖 1 项、银奖 2 项、铜奖 2 项。
指导老师在本项目实验方案设计上给与指导，为项目提供实验场地和实验设备，同时指导学生使用实验设备。
校级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
孙博烨 南宁分校 冶金工程 2022 系统软件的开发
朱子涵 南宁分校 环境工程 2023 系统软件的开发
叶冰 南宁分校 冶金工程 2022 实验方案设计
黎红 南宁分校 环境工程 2023 系统软件的开发
蒙肖利 南宁分校 环境工程 2023 系统软件的开发

指导教师

序号 教师姓名 所属学院 是否企业导师 教师类型
刘晓艳 南宁分校 否
韦国才 南宁分校 否
何贵香 南宁分校 否
郑惠 南宁分校 否

立项依据

为该高精度物联网矿山边坡安全智能监测系统的设计目的在于提高矿山的安全水平，通过实时监测矿山边坡的稳定性，预防滑坡、崩塌等地质灾害，确保矿区工作人员的生命安全和矿山的生产安全。同时，该系统还旨在满足国家规范要求，实现企业、市、省、国家局全链条的数据打通，以符合国家矿山局数据协议。
本项目的研究内容：一、传感器选型与布设：针对边坡特性，挑选如位移、应力、渗流等合适传感器，确定其在坡体关键部位的最优布设方案，以精准获取多源数据。二、数据采集与传输：构建稳定高效的数据采集网络，运用 GNSS 自动化监测系统，实时将监测数据传至监控中心，确保数据的连续性与及时性。三、数据分析与处理：借助三维数字成像定位技术，通过建立精细化三维模型，准确分析边坡变形趋势与稳定状态，精准定位关键部位，及时察觉异常并预警，为边坡安全管控提供有力支撑。
中国政府对矿山安全给予了高度重视，并出台了多项政策和标准，以推动矿             山智能化和自动化建设，这为智能监测系统的发展提供了坚实的政策支持。在此背景下，国内研究机构和高校积极投身于矿山边坡监测技术的研究，涉及 GNSS 监测技术、无人机监测技术等多个领域，并取得了显著成果。
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同时，国内企业在集成多种传感器和监测技术方面也取得了重要进展，能够提供全面而综合的矿山边坡监测解决方案。随着大数据和人工智能技术的快速发展，国内在智能分析和预警算法方面进行了深入探索，有效提升了监测系统的预警准确性和响应速度。此外，一些大型矿山企业已经开始实施智能监测系统的示范项目，通过实际应用来验证这些技术的有效性和可靠性，进一步推动了矿山边坡智能监测技术的发展和应用。
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在国际层面，矿山边坡监测技术的发展呈现出成熟态势，特别是在欧美等发达国家，它们拥有先进的监测设备和系统，技术领先优势明显。国际间的合作频繁，研究机构和企业携手推动监测技术的创新与应用。高精度监测技术，如 InSAR（合成孔径雷达干涉测量）技术，在边坡位移监测中得到了深入研究和应用。
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此外，一些企业已经开始提供基于云的服务，利用大数据技术进行边坡稳定性分析和预警，提升了监测的效率和准确性。同时，国际研究也开始关注矿山边坡的环境和生态影响，开发相应的监测技术，以实现更全面的安全管理。国际上对矿山边坡监测有着较为完善的法规和标准体系，为企业和技术发展提供了规范。商业化应用方面，许多智能监测技术已经在市场上得到广泛应用，显示出其技术的成熟度和市场接受度。
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总体来看，无论是国内还是国际，矿山边坡智能监测系统都在朝着集成化、智能化、自动化的方向发展，并且越来越重视数据分析和预警能力的提升。随着技术的进步和政策的支持，预计未来这一领域将会有更多的创新和突破。
（1）GNSS 自动化监测技术
GNSS 自动化监测技术是矿山边坡智能监测系统中的关键组成部分，它利用全
球导航卫星系统提供的精确位置数据来监测和评估边坡的稳定性。这种技术基于
卫星信号来确定地面监测点的精确位置，能够提供厘米级的定位精度，非常适合
监测边坡微小位移。GNSS 技术提供的高精度位置数据对于计算位移速率和方向至
关重要，同时，自动化报警系统能够在监测到异常位移时自动触发报警，无需人
工干预。此外，GNSS 监测设备需要适应矿山的恶劣环境，包括高温、低温、湿度
和灰尘，因此设备的耐候性和稳定性是关键。
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（2）实时监测预警
基于在边坡各关键点部署的传感器实时收集物理状态数据，并通过无线或有
线网络将数据传输至中央监控系统。为了方便用户更加直观地了解结构物的实时
情况，我们特别设计了大屏投放功能，如下图所示。通过大屏幕投影展示，用户
可以清晰地看到各项监测数据的动态变化，以及结构物的整体状态。这种展示方
式不仅提高了信息的可视化程度，还有助于用户做出更加准确的决策。
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在数据处理系统中，基于先进平滑算法对原始数据进行清洗、去噪和格式化
处理，然后利用统计分析、机器学习、深度学习等算法对数据进行深入分析，以
识别边坡稳定性的变化趋势。结合地质、气象、水文等多因素建立的稳定性评估
模型，实时评估边坡的稳定性和风险等级
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1. 技术路线：
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边坡安全守护者项目的核心技术体现在其创新的高精度物联网矿山边坡智能
监测系统上，该系统融合了多项先进技术以实现对矿山边坡稳定性的实时、精确
监控。系统的核心在于 GNSS 自动化监测技术，它通过接收全球卫星信号来确定地
面监测点的精确位置，提供厘米级的定位精度，这对于监测边坡的微小位移至关
重要。此外，系统还集成了多种传感器，包括雨量计、土壤湿度传感器、温度传
感器等，这些传感器能够监测矿山边坡的多参数，如降雨量、土壤湿度、温度等，
为边坡稳定性提供全面的风险评估。
系统的另一个关键技术是实时监测与预警机制。通过在边坡各关键点部署的
传感器实时收集物理状态数据，并利用无线或有线网络将数据传输至中央监控系
统。在数据处理系统中，基于先进平滑算法对原始数据进行清洗、去噪和格式化
处理，然后利用统计分析、机器学习、深度学习等算法对数据进行深入分析，以
识别边坡稳定性的变化趋势。结合地质、气象、水文等多因素建立的稳定性评估
模型，实时评估边坡的稳定性和风险等级。一旦监测数据超出预设的安全阈值或
评估结果显示风险增加，系统会自动发出预警信号，并根据风险等级触发不同级
别的报警，联动矿山的应急响应措施，如指导人员撤离、停止作业等，并通过监
控平台实时显示数据、历史趋势、预警信息等，供授权用户远程访问和监控。
此外，系统还具备强大的平台兼容性，能够兼容市场上的主流传传感器，并
按照标准的 API 接口协议通讯，这意味着可以轻松集成各种监测设备，实现数据
的无缝对接和流动。平台支持监测数据自动推送给第三方平台，做到一网统管。
这种强大的兼容性和集成能力，使得服务更加灵活，能够满足客户对于数据共享
和多平台操作的需求。通过这些核心技术的应用，边坡安全守护者项目能够有效
预防地质灾害，提高矿山作业的安全性，减少人员伤亡和财产损失，同时降低矿
山运营成本，提高运营效率。
2.拟解决的问题：
(1)解决矿山边坡监测关键部位的精确定位与监测方式单一，时效性差的问题。
实现更精确，实时的边坡安全监测系统。
（2)解决边坡监测系统的预警成功率低，效果差的问题。确保监测系统的及时预
警。
3.预期成果：
（1）研究成熟矿山边坡智能监测系统一套
（2）培养本科生 1-2 名；
（3）发表论文 1 篇。
2024.12-2025.3 文献研究
2025.3-2025.5 做好实验方案设计
2025.5-2025.10 进行实验探究
2025.10-2025.11 撰写论文及研究报告
与本项目有关的研究积累和已取得的成绩
研究累积：2023 年下半年，调研多种现有的边坡安全智能监测系统，寻找技
术痛处并突破。团队首先收集了国内外关于边坡安全智能监测系统的相关文献、
专利、技术报告等资料，对系统的基本原理、技术特点、应用效果等进行了全面
了解。随后，团队前往多个已应用边坡安全智能监测系统的地区进行实地考察，
与当地技术人员和监测人员进行了深入交流，了解了系统的实际运行情况和存在
的问题。团队对收集到的数据进行了统计分析，对比了不同系统的性能差异，找
出了存在的技术痛点；2024 年，边坡安全守护团队在克服重重技术难题后，成功
研发出了一款高性价比的新型边坡安全智能监测系统。

由于项目研究涉及的内容复杂、需要调试确认的参数较多、涉及知识范围较
广，需要全体技术人员进行多次试验生产性技术攻关，需要大量经费作为支撑，
更需要项目成员之间全力配合。为克服项目实施过程中的欠缺条件，项目组合理
调配人员，并制定合理的管理措施，目前资金还有一定缺口，希望得到崇左市科
技计划项目的大力支持。

经费预算

开支科目 预算经费（元） 主要用途 阶段下达经费计划（元）
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 6800.00 项目研究 过程中 各类分析检测支出、材料收集、学术论版面费、购买实验装置耗材、打印资料、 3300.00 3500.00
1. 业务费 4800.00 项目研究过程中的各类分析检测支出、材料收集、学术论版面费 1550.00 3250.00
（1）计算、分析、测试费 2500.00 项目研究过程中的各类分析检测支出 1250.00 1250.00
（2）能源动力费 0.00 无 0.00 0.00
（3）会议、差旅费 0.00 无 0.00 0.00
（4）文献检索费 300.00 材料收集 300.00 0.00
（5）论文出版费 2000.00 学术论文 版面费 0.00 2000.00
2. 仪器设备购置费 0.00 无 0.00 0.00
3. 实验装置试制费 1500.00 购买实验 装置耗材 1500.00 0.00
4. 材料费 500.00 打印资料 250.00 250.00
结束

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