[發(fā)明專利]一種礦區(qū)地表沉降三維激光掃描地表沉降監(jiān)測設站方法

有效

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• 申請日: 2018-10-09
• 公開（公告）號: CN109253717B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設計）人: 朱曉峻;劉輝;陳曉謝
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: G01C5/00
• 分類號: G01C5/00
• 代理公司: 合肥順超知識產(chǎn)權代理事務所(特殊普通合伙) 34120
• 代理人: 謝永

本發(fā)明公開了礦區(qū)地表沉降監(jiān)測方法技術領域的一種基于三維激光掃描的礦區(qū)地表沉降監(jiān)測點布設方法，利用泰森多邊形內(nèi)任何位置離該多邊形樣點的特性，將礦區(qū)沉陷區(qū)域有效地劃分多個泰森多邊形，然后在泰森多邊形樣點處布設地表沉降監(jiān)測點，按照一定的順序從最外層向內(nèi)規(guī)劃監(jiān)測路線，按規(guī)劃的路線在監(jiān)測點上架設三維激光掃描儀，定期獲取沉陷區(qū)點云數(shù)據(jù)，地表沉降穩(wěn)定后計算沉陷區(qū)地表沉降情況；本發(fā)明通過將沉陷區(qū)域有效地劃分多個泰森多邊形，保證三維激光掃描數(shù)據(jù)分布均勻，避免了盲區(qū)，有效提高了三維激光掃描提取礦區(qū)地表速度和后期點云數(shù)據(jù)處理的效率，并減少了后期處理的誤差，同時解決了當沉陷區(qū)隨著煤層開采而積水后，監(jiān)測點布設問題。

技術領域

本發(fā)明涉及礦區(qū)地表沉降監(jiān)測方法技術領域，具體涉及一種礦區(qū)地表沉降三維激光掃描地表沉降監(jiān)測設站方法。

背景技術

礦區(qū)地下開采會引起上覆巖層破斷、移動以及地表沉陷，導致地表沉陷區(qū)的建筑物發(fā)生破壞，所以需要對礦區(qū)地表沉陷區(qū)進行有效的沉降監(jiān)測，從而制定相應的措施來減小地表沉陷對地表建筑物的破壞。傳統(tǒng)礦區(qū)地表沉陷監(jiān)測方法主要在塌陷盆地的走向和傾向主斷面上布設一定密度的監(jiān)測點，然后采用水準儀、經(jīng)緯儀、全站儀等儀器方法，獲取監(jiān)測點不同時間的高程和坐標，最終計算得到監(jiān)測點自身的下沉和水平移動值，但是該方法存在觀測工作量大、獲取數(shù)據(jù)量少、難以反映沉陷區(qū)復雜的整體變形形態(tài)。

近年來，隨著科技的進步，測量儀器和測量技術也得到了長足的發(fā)展，出現(xiàn)了三維激光掃描儀這樣可以大面積、高密度獲取觀測數(shù)據(jù)的儀器，其具有數(shù)據(jù)獲取速度快、精度高、非接觸等優(yōu)勢，逐漸在礦區(qū)開采沉陷監(jiān)測中被應用。但是目前仍沒有一種針對三維激光掃描的礦區(qū)地表沉降監(jiān)測點布設方法，導致后續(xù)監(jiān)測以及數(shù)據(jù)處理過程中出現(xiàn)一些問題。現(xiàn)有采用三維激光掃描儀進行礦區(qū)沉降監(jiān)測的方法中，存在三維激光掃描儀的設站不固定，觀測站的觀測順序不固定，每期觀測的觀測站位置不固定，觀測站間距不固定，后期數(shù)據(jù)處理時點云難以匹配等問題。基于此，本發(fā)明設計了一種礦區(qū)地表沉降三維激光掃描地表沉降監(jiān)測設站方法，以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種礦區(qū)地表沉降三維激光掃描地表沉降監(jiān)測設站方法，以解決上述背景技術中提出的現(xiàn)有技術的不足。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：其特征在于：所述具體步驟如下：

第一步根據(jù)采煤工作面的位置、尺寸以及地質(zhì)采礦條件，預計工作面開采引起的地表沉陷范圍，并提取下沉盆地的邊界；

第二步先根據(jù)三維激光掃描儀的掃描參數(shù)確定最佳掃描半徑，從地表下沉范圍的中心開始繪制正六邊形，所述三維激光掃描儀最佳掃描半徑作為所述正六邊形的中心到端點的距離，所述正六邊形的中心為所述三維激光掃描儀初始設站的位置，依次從中間的所述正六邊形向外擴展繪制正六邊形，直到所述正六邊形可以覆蓋所有的地表下沉范圍；

第三步結合沉陷區(qū)的實際地形，綜合考慮設站的安全性、通視性、易架站性等因素，將初始觀測站位置在所述正六邊形的范圍內(nèi)進行調(diào)整，從而達到最佳觀測條件；

第四步對調(diào)整后的設站點建立Delaunay三角網(wǎng)，在此基礎上生成泰森多邊形；

第五步按照一定的順序從最外層向內(nèi)規(guī)劃監(jiān)測路線，先測最外層的監(jiān)測點架設所述三維激光掃描儀，然后在第二圈的所述監(jiān)測點上架設所述三維激光掃描儀，以此類推，直到所有所述監(jiān)測點都監(jiān)測完畢；

第六步按上述測量路線，定期在每個所述監(jiān)測點上架設所述三維激光掃描儀，獲取相應的三維點云數(shù)據(jù)，然后以每站所述泰森多邊形的范圍裁剪三維點云，再將所有所述觀測站的掃描數(shù)據(jù)進行拼合，獲得沉陷區(qū)地表的所述三維點云數(shù)據(jù)，即沉陷區(qū)高程數(shù)據(jù)；當監(jiān)測過程中地表沉陷會引起地表積水時，若積水區(qū)域淹沒了所述觀測站的位置，則從內(nèi)到外依次減少所述觀測站，其余所述觀測站位置不受影響，觀測順序也不受影響，所述積水區(qū)域可以采用測深儀獲取水下高程；