基于无人机激光雷达技术的开采沉陷监测方法与参数反演

矿区开采沉陷监测与预测对于煤炭安全生产来说至关重要,目前煤矿地表沉陷监测的主流手段均有一定的局限性,存在精度与效率不能兼得的问题。利用无人机激光雷达（UAV LiDAR）技术可以实现矿区地表三维点云的快速获取,建立多期数字高程模型（DEM）,两期DEM相减即可得到沉陷盆地,具有高效高精的特点。本文对无人机激光雷达地表沉陷监测的原理流程和概率积分预计参数动态反演方法进行了分析讨论,以内蒙古唐家会煤矿为例,设计了无人机激光雷达飞行方案,采集了两期激光点云数据,并对实测数据进行了组合解算、融合、滤波,建立两期DEM,求取了观测时间段内的地表下沉盆地,并进行了全盆地动态反演,得到测区概率积分预计参数。实验结果DEM精度分别为0.034mm和0.037mm;下沉盆地精度为0.050mm,结果对于煤矿开采沉陷监测与预测来说是相对可靠的,为无人机激光雷达应用于地表监测提供了案例。     

高原沟壑地区煤层开采地表变形监测与数据处理

文章以唐家会煤矿61101首采工作面地表移动变形监测系统为例,介绍了高原沟壑地区特厚煤层开采时常规地表移动观测站和实时监测站的测点埋设方法、外业观测和数据处理方法及数据的质量评价,利用实测数据获得了地表移动变形的基本参数及概率积分法的5个预计参数;利用1d的实测数据对实时监测站的内符合精度进行了分析。结果表明:该地表移动变形监测系统所测定变形量的平面精度在±4.0～±5.0mm之间,平均为±4.3mm;高程精度在±5.0～±7.0mm之间,平均为±6.0mm,完全满足开采沉陷监测的精度要求。以最大下沉速度为例的分析结果表明,当实时监测站作为常规观测站的补充时,可以获取更准确的地表移动变形基本参数。     

某钻井水溶开采矿区地表形变D-In SAR监测精度分析

为了研究矿区地表形变以及沉降漏斗的生成机理、过程和趋势,获取沉陷发展规律,以及时采取有效措施进行生态重建,采用D-In SAR对某钻井水溶矿区进行了监测。选取某钻井水溶矿区地表2015-2017年Sentinel-1A影像构成2个干涉影像对,进行地表形变监测。在SAR Scape软件平台,针对D-In SAR干涉影像的基线误差、大气误差和地形误差等,通过干涉影像对配准、基线估计、滤波去噪和相位解缠,获取矿区地表形变图;借助ArcGIS空间分析工具和MATLAB软件,与水准测量数据进行叠加,分析沉陷区域的空间动态分布。然后进行D-In SAR形变数据和矿区水准沉降监测精度、相关性和误差源分析。研究结果表明,精细化D-In SAR监测与水准观测的形变趋势一致,达到了水溶矿山地表沉降体积的获取精度要求。     

顾及矿区地貌特征的开采沉陷三维可视化实现方法

针对已有开采沉陷三维可视化方法中不能考虑矿区地貌特征的不足,通过在开采沉陷预计程序中增加高程修正计算功能,对矿区地表高程进行下沉修正计算,并借助Surfer实现了顾及矿区地貌特征的开采沉陷三维可视化。该方法操作和实现简单,实现了对矿区地表塌陷后真实状况的三维可视化预计。实例应用表明,相比已有开采沉陷三维可视化方法,利用该方法生成的三维表面,更能够形象直观地表现矿区地表塌陷后的移动和变形状况,为方便进行开采沉陷防灾减灾工程的设计提供了依据。     

煤矿采空区地表沉陷可视化仿真

为实现煤矿采空区地表沉陷可视化,结合MATLAB仿真技术,利用矿区地质煤层条件和岩移观测参数及地表沉陷有关数据,建立采空区地表沉陷以动态时间函数结合概率积分法的预计模型,对煤矿开采造成的地面沉陷区进行仿真计算和分析.结果表明:该方法能反映地表移动的动态特征,实现了煤炭开采对地面动态沉陷影响的较为精确的分析与计算,可以直观而精确地对地表变形各种图形自动绘制,为其它矿区制定采煤采空区的预防和治理方案提供一个交互的三维仿真平台及可靠依据.     

基于点云数据的道路变形类病害自动化检测方法

拥包、沉陷等路面变形是常见的病害类型,但传统基于二维图像的判断方法无法获取深度信息,线性激光扫描的方法精度较高但是单次扫描范围有限,难以短时获取全局状况,导致大尺度变形类病害识别困难.利用车载移动激光雷达系统获取三维点云数据,解决了变形类病害检测的难点,并可提取其三维特征.实测数据验证了方法的可靠性和有效性,可实现拥包...     

黄土矿区开采沉陷与地表损害研究述评

黄土高原及其过渡地带是中国主要产煤基地,区域生态环境脆弱且地理、地质条件复杂,大范围地下采煤已导致严重的地表沉陷与损害,其规律与中东部平原矿区明显不同。多年来,针对黄土矿区开采沉陷与地表损害问题的研究已取得一定进展。基于笔者及众多学者的研究成果,总结分析黄土矿区地表移动、开采裂缝与台阶、黄土层附加变形、斜坡滑移与滑坡、环境退化与损伤的基本特征;揭示黄土矿区开采沉陷中的土岩互馈影响、土体单元体积变形、失水固结变形、湿陷变形、山坡滑移、滑坡、裂缝、环境损伤的机理;介绍黄土矿区开采沉陷与变形的预计模型及其适用性;阐述卫星定位测量、激光雷达扫描、重力异常测量、多源遥感分析等测绘技术在开采沉陷与损害监测中的应用进展,并分析其技术局限性。在此基础上从黄土矿区开采沉陷的细观破坏特征及微观变形机理、黄土山区多工作面开采沉陷预计、老采空区地表稳定性、采煤沉陷与环境损伤的时空效应等方面,展望有待深入研究的科学技术问题,供学术界借鉴。     

煤矿开采动态地表下沉预计算法

针对煤矿地下开采造成岩层及地表移动随时空变化、开采时间与空间的变化对地表移动变形影响等问题,为准确预测开采过程中的地表移动变形,对开采沉陷的影响函数预计方法进行了理论分析与应用研究.应用数值积分方法,通过数学建模实现了开采沉陷预计系统.明确了开采沉陷动态移动变形模型的具体算法,提出了通过倾向微元化达到顾及主要影响半径随采深变化的方法,使得缓倾斜煤层的使用Knothe模型得以实现.应用VB开发了开采沉陷地表动态移动变形系统,并通过现场实测数据验证了动态预计算法的正确性.     

基于MO的地表移动观测站设计系统开发

为了实现观测站设计数据与图形统一管理,以及地表移动观测站的设计、自动化处理、及结果的可视化输出,利用VB.NET和MapObjects的无缝结合进行系统开发。以淮南矿业集团某矿区综采工作面地表岩移数据为例,验证了该系统,充分体现了GIS组件在解决有关开采沉陷的预计分析、变形监测和其保护问题中的实用性和有效性,对矿山开采一体化系统的开发具有指导意义。     

全站仪在开采沉陷三维相似模拟实验中的应用

主要讨论了全站仪在测量室内开采沉陷的三维相似模拟地表以及岩层的移动变形过程,将观测数据通过可视化程序进行数据转化,利用地表移动变形的相互关系,可以得到地表的移动变形情况,成功地解决了三维相似模拟地表以及岩层移动变形观测难的问题,通过实践表明,该方法使用简洁,便利。     

建筑物重建中的三维激光扫描精度分析

针对三维激光扫描技术在建筑物重建中数据采集、处理方面存在的误差,从三维激光扫描仪测站定向误差、仪器扫描误差、数据拼接误差进行分析,并构建了点位误差模型,为三维激光扫描技术在建筑物的重建中测量成果的精度评定及测量方案的优化设计提供了理论基础.最后以脉冲式三维激光扫描仪为例对建筑物重建进行精度分析.     

厚黄土层矿区采动失水引起的地表沉降计算方法

西部厚黄土层覆盖矿区的采煤沉陷具有特殊性处于地下水位以下的饱和黄土层在开采沉陷过程中产生失水固结变形,将引起地表发生明显的附加沉降以渭北黄土覆盖矿区条件为模型,根据地下水位下降曲面特征分析了采动饱和黄土层失水固结的土力学机理,提出了采动黄土层压缩量的计算方法利用随机介质理论建立了采动黄土层失水固结引起的地表附加沉陷变形的计算模型实例计算表明,开采沉陷区黄土层的失水固结导致地表发生较大的沉陷,这种附加变形增大了地表变形程度和移动影响范围,对地面建筑物的保护造成不利影响     

地面三维激光扫描点云配准的最佳距离

分析点云配准的原理,在此基础上推导出点云配准误差传播模型.利用该模型解算了配准后的点位误差,将该误差作为衡量点云配准好坏的指标.为评估地面三维激光扫描测距的变化给点云配准误差造成的影响,设计了一套试验方案,在地面三维激光扫描仪测距精度内对不同距离进行了严格的试验.根据提取的靶心和点云配准误差传播模型,计算得出不同距离下的点云配准精度,从而分析得出点云配准精度的扫描最佳距离.结果表明点云误差传播模型正确,试验方法良好.     

大宁矿区开采沉陷规律研究

通过对大宁煤矿一个正在开采的工作面进行地面沉陷监测,结合该矿的实际资料,对大宁矿区开采沉降规律进行实测研究,得到了开采沉陷基本参数和典型的山区地表移动分布特征,为以后的矿区开采及地表开采沉陷治理提供理论依据.     

基于车载三维激光扫描结果的桥面变形分析

车载三维激光扫描技术能够直接对目标结构表面进行三维量测,并采用三维阵列点云的方式来生成结构物表面的三维形态和记录点位坐标,打破了传统的桥梁变形监测方法仅有数个独立点的局限性,扩大了桥面变形监测范围,提高了结构物的观测精度,并能快速、完整的进行量测。本文将车载三维激光扫描技术引入到桥梁变形监测中,基于全长331.2m的预应力混凝土连续-刚构桥为背景,采用三维激光扫描技术对其温度变形进行探索。在监测环境温差20℃范围内,对其进行多次桥面几何形态数据采集,并对采集的数据进行处理。对基于车载三维激光扫描点云数据的NURBS(Non-Uniform Rational B-Splines)曲面提出了一种新的变形测量方法,得到整个桥面的变形测量结果,再与采用有限元分析软件MIDAS CIVIL建模得到的各温差下理论变形数据进行对比,发现基于NURBS曲面的分析处理方法获得的变形测量值具有良好的精度和可靠性,并能够获取桥梁点-线-面的整体变形监测结果,与单点变形监测相比,弥补了其缺乏线性变形及整体变形特征的不足,有较好的工程应用前景。     

DTM在开采沉陷可视化预计中的应用

数字地面模型(DTM)具有强大的三维可视化分析和空间模拟功能，它可以代替等高线对地形表面的描述，能满足对等高线数据相同的各种需求。为了充分地利用地质、矿山等许多领域的三维原始数据，以开采沉陷预计为研究对象，首先提出了将DTM用于地表移动变形可视化预计的意义，然后对其DTM构造的思路和方法进行了研究，最后，结合实例，介绍了将DTM用于开采沉陷可视化预计可以得到的最终成果。     

煤层开采地表沉陷监测及预测技术现状及发展趋势

煤矿开采地表沉陷监测及预测对于煤矿地表治理及环境保护具有重要意义。详细阐述了煤矿地表沉陷监测及预测方法,并对其监测及预测过程进行了较为详细的论述与分析。指出地表沉陷监测及预测存在的问题,针对存在的问题,提出了未来基于互联网+技术以及CCD和GPS组合传感器技术,对矿区监测数据进行实时监测并进行数据处理,对处理后的数据实时传送到数据中心,数据中心根据监测结果实时调整监测区域达到最优监测效果;未来地表沉陷预测发展应考虑开采地质条件、开采工艺、开采深度、开采厚度等因素对于地表沉陷的影响,在预测的过程中确定因素的影响程度,合理选择预测方法,提高预测精度。     

地面三维激光扫描仪的测量误差分析

三维激光扫描技术的出现为快速、有效、准确获取三维空间信息提供了全新的技术支持.三维激光扫描仪能够不受白天黑夜的限制,全天侯对任意物体进行扫描并获取高精度的物体表面点的三维信息及反射率信息,从而快速实现物体的三维重建.然而,由于在应用过程中,受到仪器本身技术的限制以及外界的影响,使得外业采集的点云数据的精度受到不同程度的影响,从而使得后续的点云数据处理变得复杂且缓慢,甚至使得最终生成的三维模型与实际物体不一致.主要针对地面三维激光扫描仪在测量过程中存在的测距误差、测角误差以及误差来源进行了详细地分析并构建了点位误差模型,为提高三维激光点云数据处理的效率和精度提供了必要的条件.     

地面激光扫描系统在矿区构筑物变形监测中的应用研究

阐述了三维激光扫描技术的优势和发展现状,通过分析矿区构筑物变形监测的特点,提出三维激光扫描仪、全站仪和GPS协同作业的监测方案,并具体介绍了三维数据的处理过程.以矿区栈道的支撑结构为待测目标,对监测方案的可行性进行了测试.分析得出三维激光扫描仪在近距离和高分辨率扫描观测上有一定的优势,可用于矿区构筑物变形监测.     

某矿9000工作面变形监测资料分析

地下煤炭资源的不断开采造成了地面大面积沉陷,给自然环境和人民的生命财产安全构成了巨大的威胁。在沉陷区域建立地表移动观测站对沉陷区进行监测,并对变形监测资料进行分析,得出相关参数和地表沉陷规律意义重大。本文对某矿9000工作面变形监测资料进行分析,得到了9000工作面地表变形的下沉曲线、倾斜曲线、水平移动曲线,在分析图形的基础上初步得到了9000工作面开采沉陷基本规律。