[發明專利]一種基于無人機遙感的采煤地表沉陷量監測計算的方法

有效

• 申請號: 201710146003.X
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN106969751B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 侯恩科;首召貴;高冠杰;謝曉深
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00;G01C11/06;G01C5/00
• 代理公司: 西安文盛專利代理有限公司61100
• 代理人: 李中群

技術領域

本發明屬于礦業工程采煤地表沉陷監測技術領域，尤其是涉及一種植被稀少的平原區采煤地表沉陷量的監測計算方法。

背景技術

采煤地表沉陷是一種由采煤引起的地表塌陷現象，具有影響面積大和持續時間長的特點，它的出現常常伴隨著地表移動變形的破壞，導致地表出現塌陷裂縫、塌陷坑、塌陷槽和伴生滑坡崩塌等地質災害，對地表交通、建筑、通訊和水利等設施均可造成不同程度的危害，嚴重威脅著礦區生態環境和人民生命財產安全。開展礦區采煤地面沉陷監測可為礦區土地資源和建筑物保護、損害評價及管理提供依據，也對采煤地面塌陷災害的防治具有重要意義。

目前，采煤地表沉陷多采用建立地表巖移觀測站、利用全站儀等進行人工測量的方法觀測，但這種傳統觀測方法工作效率低、成本高且監測范圍有限，一般僅用于地表巖移規律研究，而不能用于采煤地表沉陷調查和監測工作之中。近年來，國土資源部門開展了利用衛星遙感技術和航空遙感技術進行采煤沉陷調查和監測工作，但存在著因影像分辨率低而無法識別較小寬度地表裂縫的問題，也存在著不能通過影像進行采煤地表沉陷量計算等問題。無人機遙感技術的出現和發展，無疑為上述問題的解決提供了一種新思路。目前已開展的無人機遙感技術在采煤沉陷監測中的應用研究工作表明，無人機遙感影像能夠快速有效地識別地表沉陷裂縫，是采煤沉陷監測的一種好方法。采煤地表沉陷量等參數值是評價采動損害的重要指標，但如何利用無人機遙感技術進行采煤地表沉陷量等地表移動參數的計算，尚未見研究報道。

發明內容

本發明的目的在于對現有技術存在的問題加以解決，提供一種基于無人機遙感的采煤地表沉陷量監測計算的方法，該方法步驟簡單、成本低、速度快、計算結果可靠，能迅速而準確地完成采煤地面沉陷監測的任務，進而對植被稀少的更大范圍平原區采煤地表沉陷進行有效監測。

為實現以上發明目的的技術方案如下所述。

一種基于無人機遙感的采煤地表沉陷量監測計算的方法，其特征在于利用小型無人機遙感技術對采煤地表沉陷量進行計算，過程如下：

步驟一、無人機航線設計：根據研究區地形地貌、范圍、位置和地面分辨率規劃無人機飛行航線；

無人機航線主要包括航高、重疊率和航向，過程如下：

步驟101、航高確定：根據公式

計算得到一定地面分辨率對應下的飛行高度H，H的單位為米；公式(1)中，GSD為地面分辨率，單位為米；f為相機鏡頭焦距，單位為毫米；a為相機像元尺寸，單位為微米；

步驟102、重疊率確定：根據研究區地形地貌特征確定，一般設定平原區航向和旁向重疊率分別為60％和40％，山區航向和旁向重疊率分別為80％和60％；

步驟103、航向確定：根據研究區形狀沿研究區主軸向布置確定；

步驟二、無人機航拍：將設計的航線導入無人機，操控無人機按設定航線飛行并間隔航拍采集研究區遙感影像；每一架次航拍完成后導出采集到的遙感圖像和坐標POS數據，并進行重疊度和影像質量的檢查；

步驟三、遙感圖像處理：將無人機航拍得到的遙感影像和坐標數據導入Pix4D mapper 2.0專業遙感圖像處理軟件，先后完成圖像拼接、點云加密、DOM和DSM生成處理，并按1000cm的格網密度大小導出研究區內各網格點P’₁、P’₂、P’₃、…、P’_n的平面坐標X、Y和大地高Z_大；

步驟四、地面控制測量：根據研究區范圍和地理特征布設若干數量控制點，并對這些點逐一進行測量，具體做法如下：

步驟401、控制測量點數確定和布設：將無人機航測得到的各點P’₁、P’₂、P’₃、…、P’_n展布在研究區圖上，根據研究區面積和地形地貌從這些點中選擇m個地面測量點P₁、P₂、P₃、…、P_m(m≥5)，測量點均勻分布在研究區內，以一個綜采工作面為例，地面控制測量的點分布在工作面的四個角落和中心位置，并且數量不少于5個；