本研究评估了为Kłodawa盐矿S.A.收敛监测开发的激光距离测量系统（Laser Distance Measurement System, LDMS）的计量性能和统计可靠性。在受控实验室条件和地下现场测试中，确定了从几米到近50米视距的单次距离测量标准偏差（standard deviation）。研究人员应用测量不确定度传播（measurement uncertainty propagation），以确定在95–99%置信水平下基线长度最小可检测的年变化量。实验室测量表现出高稳定性，标准偏差在0.18至0.38 mm之间。尽管面临具有挑战性的地下环境，现场测量在长达数十米的基线上仍保持标准偏差低于0.7 mm。分析表明，对于≤30 m的基线，该系统能够检测小至2 mm/年的收敛，检测能力在43 m处接近线性增加至5 mm/年，在49 m处达到8 mm/年。与电子全站仪（electronic total station）的比较证实了在短基线上性能相当，而激光系统在操作效率和设置简便性方面具有优势。这些结果首次全面验证了用于深层地下采矿条件下的激光距离测量系统的计量性能，并证明了其适用于变形岩体中长期、高精度位移监测。
**地下盐层收敛监测用激光距离测量系统的实验验证——论文解读**
#### 研究背景与问题
岩盐矿床开采在全球采矿业中占据重要经济与战略地位，但采掘形成的空洞会扰动岩体原有平衡，导致应力集中并引发收敛（convergence）过程，即开挖面顶板、底板和侧壁向内移动，使截面面积逐渐缩小。盐岩具有黏塑性（viscoplastic）特性，在恒定应力下缓慢且持续变形，使收敛成为长期过程。历史案例（如1977年Wapno盐矿灾难）表明，后开采变形可能引发地表沉降、水涌入等严重灾害，因此系统监测变形对安全运营至关重要。现有方法如精密水准测量（precise leveling）和测距测量（tachymetric measurements）主要反映整体岩体变形，难以精确捕捉单个巷道的局部收敛；地面激光扫描（terrestrial laser scanning）虽可详细监测，但在大型空洞中需多个测站，数据量大且难以确定特定位置的闭合量。为解决上述局限，OBRGSCh “CHEMKOP” Ltd. 研发了一种基于激光测距仪的专用系统（Laser Distance Measurement System, LDMS），用于直接测量固定参考点间的距离变化，以记录巷道收敛。本研究旨在首次全面实验验证该系统的精度与长期计量稳定性，并与传统电子全站仪（electronic total station）对比，评估其实际应用效果。论文发表于《Measurement: Sensors》。
#### 关键技术方法
研究人员主要采用了以下关键技术方法：
- **激光距离测量系统（LDMS）**：核心为Leica Disto D5激光测距仪，配合专用安装组件（含球窝接头和楔形夹紧机构），确保可重复定位。
- **测量基线布设**：每个测站包含垂直、水平和对角三条基线，参考标记由黄铜测量销和白色塑料靶板组成，靶板上印有同心圆和十字准线。
- **电子全站仪对比测试**：使用Topcon GM-52全站仪（反射棱镜式距离测量精度2 mm + 2 ppm）进行反射镜式测量，与LDMS在相同基线长度和条件下对比精度。
- **统计分析**：基于单次测量标准偏差（σ）和测量不确定度传播公式，确定不同置信水平（95%、97%、99%）下最小可检测年度收敛量。样本来源包括Kłodawa盐矿S.A.的1号采场（5个水平层，基线约15 m）和3号采场（630 m与660 m水平，基线24–48 m）。
#### 研究结果
**4.1 实验室条件下LDMS的精度测试**
在约4.67 m长的测试基准线上，2020、2022、2023三次测量中单次观测的标准偏差为0.18–0.38 mm，各周期平均值最大差异仅0.5 mm，验证了系统的高稳定性和重复性。
**4.2.1 地下条件下LDMS的精度测试（1号采场）**
在1号采场5个水平（475–600 m）的15 m左右基线上，垂直和水平基线标准偏差0.15–0.43 mm，倾斜基线因靶板难以垂直于激光束，误差增大至0.35–0.73 mm。未发现深度与误差的显著相关，条件稳定。
**4.2.2.1 短基线（约15 m）上LDMS与全站仪精度对比**
在KS-2/475室进行全站仪测量，垂直和倾斜基线标准偏差约0.3 mm，但水平基线异常高达2.73 mm，可能由系统偏移或定义差异引起。两种仪器的测量结果因基线定义（LDMS需加装具长度修正0.122 m）而不可直接互换，差值4.6–10.7 mm。
**4.2.2.2 长基线（24–48 m）上LDMS与全站仪精度对比**
在3号采场630 m水平（基线24 m和28 m），LDMS标准偏差0.45–0.49 mm，全站仪0.16–0.65 mm；在660 m水平（基线42 m和48 m），LDMS标准偏差1.30–2.19 mm，全站仪0.70–1.14 mm。基线长度>30 m时，全站仪因更好的瞄准能力而精度更高。
**4.2.2.3 瞄准误差和靶板非垂直性的影响**
对比手持用测距仪（接触测量）和故意偏离中心瞄准的测量，正常LDMS测量的标准偏差<1 mm，而接触测量达1.95–11.61 mm，偏离瞄准达2.20–5.84 mm，尤其在倾斜基线上误差最大，证实稳定安装对精度的关键作用。
#### 总结与结论
研究讨论指出，LDMS在基线≤30 m时提供亚毫米级精度，操作简便、快速（单室三基线约5分钟），优于全站仪（约10分钟）。对于>30 m基线，激光束发散和瞄准困难导致精度下降，全站仪更具优势。统计分析表明，在95%置信水平下，基线≤30 m时可检测最小2 mm/年的收敛，43 m时增至5 mm/年，49 m时增至8 mm/年。
**结论部分翻译**：所提出系统的贡献在于对地下条件下高精度收敛监测的可重复测量方法进行了实验验证。在受控实验室测试中，单次测量标准偏差在0.18至0.38 mm之间，证实了LDMS卓越的计量稳定性。在地下条件下，尽管面临具有挑战性的地质和作业环境，系统仍保持一致的精度，在长达数十米的基线上最大标准偏差低于0.7 mm。对于倾斜基线，由于靶板难以精确垂直对准激光束，误差略有增加，但仍在岩体变形监测可接受范围内。与电子全站仪的比较显示，在30 m以内的基线上精度相当，但激光系统具有更高的人机工程学、更快的测量速度和更简便的安装。统计分析表明，在95%置信水平下，基线长≤30 m时最小可检测变化约为2 mm/年；对于更长的基线，该值几乎线性增加，在43 m处为5 mm/年，49 m处为8 mm/年。这些结果与现场数据一致，证实了该系统适用于盐矿巷道长期缓慢变形的监测。本研究的创新点在于首次在真实地下条件下对激光距离测量系统的精度和长期计量稳定性进行全面的实验验证，并与传统全站仪技术直接比较。LDMS提供了一种可靠且高效的长期收敛监测解决方案，在精度、便携性和操作简便性之间取得了优化平衡，使其在采矿和岩土工程实践中具有很高的适用性。该系统还可应用于城市深基坑（如地铁隧道）对邻近建筑影响的位移监测、边坡稳定性监测和滑坡防治等领域。
