一种基于空地一体化的垃圾填埋场无损扫描的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于空地一体化的垃圾填埋场无损扫描系统，包括航空摄影模块、控制点测量模块、第一数据处理模块、物理勘探测线布设模块、垃圾填埋场探测模块、以及第二数据处理模块，航空摄影模块用于根据垃圾填埋场用地红线图操纵航摄无人机进行航空飞行摄影，以获得航摄像片，并将获得的航摄像片传送给控制点测量模块和第一数据处理模块，控制点测量模块用于根据来自航空摄影模块的航摄像片在垃圾填埋场的范围内选取适合测量的地面控制点，并操纵实时动态差分卫星定位系统对选取的地面控制点进行测量，以获取其三维坐标。本发明专利技术能解决现有开采前的预评估方法所存在的获取数据少、数据误差较大、无法精准探测垃圾填埋场地下情况的技术问题。

A non-destructive scanning method and system for landfill based on air and ground integration

The invention discloses a landfill nondestructive scanning system based on Air-Ground integration, which comprises an aerial photography module, a control point measurement module, a first data processing module, a physical exploration survey line layout module, a landfill detection module, and a second data processing module. The aerial photography module is used for landfill according to the landfill. Airborne photography is carried out by using aerial photography UAV controlled by land red line map to obtain aerial photographs. The obtained aerial photographs are transmitted to the control point measurement module and the first data processing module. The control point measurement module is used to select the suitable aerial photographs from the aerial photography module in the range of landfill. The real-time dynamic differential satellite positioning system is used to measure the selected ground control points to obtain their three-dimensional coordinates. The invention can solve the technical problems existing in the existing pre-evaluation method before mining, such as less data acquisition, larger data error, and inaccurate detection of the underground situation of the garbage landfill.

【技术实现步骤摘要】
一种基于空地一体化的垃圾填埋场无损扫描的方法及系统
本专利技术属于垃圾填埋处理
，更具体地，涉及一种基于空地一体化的垃圾填埋场无损扫描的方法及系统。
技术介绍
垃圾填埋处理作为目前被多国广泛采用的生活垃圾最终处理办法，具有成本相对低廉，技术操作相对简单、实用性好等优势。然而，伴随着城市建设的进程，尤其是在人口稠密的地区，土地资源的有限性使垃圾填埋场的使用场地受到限制；同时，考虑到管理不完善及环境污染等因素，如温室气体的排放、有害物质的浸出等，垃圾填埋处理也面临着公众的质疑和反对。针对这些问题，许多国家和地区对于垃圾填埋场采用封场覆盖或清场处理的方式，从而最终将其改造为其他功能的用地，并对垃圾填埋场中的垃圾进行开采、回收和再利用。在对垃圾填埋场进行开采前，需要对其进行预评估，现有的预评估方式以钻孔取样为主，但其覆盖范围有限，能够获取的数据少，数据误差较大，因此难以精准探测垃圾填埋场地下的情况，进而不利于针对性地制定合理开采方案，并增加了后续开采的施工能耗和风险。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于空地一体化的垃圾填埋场无损扫描的方法及系统，其目的在于，通过对现代地球物理勘探技术及信息技术的组合运用，获取垃圾填埋场地下边界、分层及水分特征和污染情况，从而解决现有开采前的预评估方法所存在的获取数据少、数据误差较大、无法精准探测垃圾填埋场地下情况的技术问题，同时，本专利技术通过建立垃圾填埋场地下模型，为后续设计合理的开采方案及工序创造了良好的条件。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于空地一体化的垃圾填埋场无损扫描系统，包括航空摄影模块、控制点测量模块、第一数据处理模块、物理勘探测线布设模块、垃圾填埋场探测模块、以及第二数据处理模块，航空摄影模块用于根据垃圾填埋场用地红线图操纵航摄无人机进行航空飞行摄影，以获得航摄像片，并将获得的航摄像片传送给控制点测量模块和第一数据处理模块。控制点测量模块用于根据来自航空摄影模块的航摄像片在垃圾填埋场的范围内选取适合测量的地面控制点，并操纵实时动态差分卫星定位系统对选取的地面控制点进行测量，以获取其三维坐标，并将获取的地面控制点的三维坐标传送给第一数据处理模块。第一数据处理模块用于根据航空摄影模块传送的航摄像片和控制点测量模块传送的地面控制点的三维坐标并使用全数字摄影测量系统得到垃圾填埋场的DEM模型，通过该DEM模型确定垃圾填埋场的表面地形复杂度，并将确定的垃圾填埋场的表面地形复杂度传送到物理勘探测线布设模块。物理勘探测线布设模块用于根据垃圾填埋场的表面地形复杂度，在垃圾填埋场表面布设多条满足探测要求的物理勘探测线，并将布设好的物理勘探测线传送给垃圾填埋场探测模块。垃圾填埋场探测模块用于沿布设好的物理勘探测线对垃圾填埋场内部构造进行无损扫描探测，并将无损扫描探测数据传送给第二数据处理模块。第二数据处理模块用于根据垃圾填埋场探测模块传送的无损扫描探测数据，建立关于垃圾填埋场地下构造的三维数据模型，以准确反映垃圾填埋场的相关信息。优选地，选取适合测量的地面控制点包括应满足：控制点的目标影像应清晰；布设的控制点能应用于不同像片；控制点与像片边缘的距离不小于1.5cm，距离像片的各类标志大于1mm。优选地，物理勘探测线的平均间距是根据以下公式计算：a＝(x·n/v)·(x·m/b)其中a表示探测作业量，b表示物理勘探测线的平均间距，v表示本专利技术系统的移动速度，x表示组成子区域的最佳统计单元的边长，m表示整个垃圾填埋场中沿着水平方向的网格的数量，n表示整个垃圾填埋场中沿着竖直方向的网格的数量。优选地，垃圾填埋场探测模块包括第一物理勘探子模块、第二物理勘探子模块、以及行进子模块；第一物理勘探子模块用于获取探地雷达数据和雷达数据采集点的三维坐标数据，并将探地雷达数据、以及探地雷达数据采集点的三维坐标数据传送到第二数据处理模块。行进子模块用于装载第一物理勘探子模块沿着物理勘探测线布设模块所获取的物理勘探测线工作；第二物理勘探子模块内设高密度电阻率测量仪，用于沿物理勘探测线布设电极，以探测垃圾填埋场的地下电阻率分布，将探测到的电阻率分布数据进行存储，并将电阻率分布数据传送至第二数据处理模块。优选地，第一物理勘探子模块包括卫星定位系统、探地雷达装置、以及可编程控制器。卫星定位系统用于采集待测点的三维坐标数据，且包括一台卫星定位基站和至少一台卫星定位移动站，卫星定位移动站包括卫星定位移动站天线和卫星定位接收机，卫星定位基站用于接收卫星数据，并将基站坐标和卫星数据传送至卫星定位移动站，卫星定位基站和卫星定位移动站所采集的卫星数据经过解算之后得到待测点的三维坐标数据，探地雷达装置用于采集探地雷达数据，并包括探地雷达主机和探地雷达天线，卫星定位移动站天线刚性固定于探地雷达天线正上方中心，与探地雷达天线的中心位置水平重合，并与卫星定位接收机相连接；探地雷达天线与雷达主机连接；可编程控制器用于实现探地雷达和卫星定位移动站之间的同步，同时以固定频率产生脉冲信号，以触发探地雷达和卫星定位系统分别实时采集探地雷达数据、以及探地雷达数据采集点的三维坐标数据，并将采集的探地雷达数据、以及探地雷达数据采集点的三维坐标数据发送到第二数据处理模块；卫星定位移动站、探地雷达装置和可编程控制器均设置在行进子模块上。按照本专利技术的另一方面，提供了一种基于空地一体化的垃圾填埋场无损扫描方法，其是应用在上述基于空地一体化的垃圾填埋场无损扫描系统中，所述方法包括以下步骤：(1)航空摄影模块根据垃圾填埋场用地红线图操纵航摄无人机进行航空飞行摄影，以获得航摄像片，并将获得的航摄像片传送给控制点测量模块和第一数据处理模块；(2)控制点测量模块根据来自航空摄影模块的航摄像片在垃圾填埋场的范围内选取适合测量的地面控制点，并操纵实时动态差分卫星定位系统对选取的地面控制点进行测量，以获取其三维坐标，并将获取的地面控制点的三维坐标传送给第一数据处理模块；(3)第一数据处理模块根据航空摄影模块传送的航摄像片和控制点测量模块传送的地面控制点的三维坐标，并使用全数字摄影测量系统得到垃圾填埋场的DEM模型，通过该DEM模型确定垃圾填埋场的表面地形复杂度，并将确定的垃圾填埋场的表面地形复杂度传送到物理勘探测线布设模块。(4)物理勘探测线布设模块根据垃圾填埋场的表面地形复杂度在垃圾填埋场表面布设多条满足探测要求的物理勘探测线，并将布设好的物理勘探测线传送给填埋场探测模块；(5)垃圾填埋场探测模块沿布设好的物理勘探测线对垃圾填埋场内部构造进行无损扫描探测，并将无损扫描探测数据传送给第二数据处理模块；(6)第二数据处理模块用于根据垃圾填埋场探测模块传送的无损扫描探测数据，建立关于垃圾填埋场地下构造的三维数据模型。优选地，步骤(3)中通过DEM模型确定垃圾填埋场的表面地形复杂度是通过邻域统计分析法确定，其具体包括以下子步骤：(3-1)将垃圾填埋场区域划分为多个网格，并根据DEM模型确定每个网格的面积大小、以及每个网格的地形起伏度。(3-2)设定每个网格的面积梯度变化范围由10m×10m递增至100m×100m，将每个网格的面积与所有网格的平均起伏度进行拟合，从而得到拟合曲线，取拟合曲线上的拐点，即平均起伏度相对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于空地一体化的垃圾填埋场无损扫描系统，包括航空摄影模块、控制点测量模块、第一数据处理模块、物理勘探测线布设模块、垃圾填埋场探测模块、以及第二数据处理模块，其特征在于，航空摄影模块用于根据垃圾填埋场用地红线图操纵航摄无人机进行航空飞行摄影，以获得航摄像片，并将获得的航摄像片传送给控制点测量模块和第一数据处理模块。控制点测量模块用于根据来自航空摄影模块的航摄像片在垃圾填埋场的范围内选取适合测量的地面控制点，并操纵实时动态差分卫星定位系统对选取的地面控制点进行测量，以获取其三维坐标，并将获取的地面控制点的三维坐标传送给第一数据处理模块。第一数据处理模块用于根据航空摄影模块传送的航摄像片和控制点测量模块传送的地面控制点的三维坐标并使用全数字摄影测量系统得到垃圾填埋场的DEM模型，通过该DEM模型确定垃圾填埋场的表面地形复杂度，并将确定的垃圾填埋场的表面地形复杂度传送到物理勘探测线布设模块。物理勘探测线布设模块用于根据垃圾填埋场的表面地形复杂度，在垃圾填埋场表面布设多条满足探测要求的物理勘探测线，并将布设好的物理勘探测线传送给垃圾填埋场探测模块。垃圾填埋场探测模块用于沿布设好的物理勘探测线对垃圾填埋场内部构造进行无损扫描探测，并将无损扫描探测数据传送给第二数据处理模块。第二数据处理模块用于根据垃圾填埋场探测模块传送的无损扫描探测数据，建立关于垃圾填埋场地下构造的三维数据模型，以准确反映垃圾填埋场的相关信息。...

【技术特征摘要】
1.一种基于空地一体化的垃圾填埋场无损扫描系统，包括航空摄影模块、控制点测量模块、第一数据处理模块、物理勘探测线布设模块、垃圾填埋场探测模块、以及第二数据处理模块，其特征在于，航空摄影模块用于根据垃圾填埋场用地红线图操纵航摄无人机进行航空飞行摄影，以获得航摄像片，并将获得的航摄像片传送给控制点测量模块和第一数据处理模块。控制点测量模块用于根据来自航空摄影模块的航摄像片在垃圾填埋场的范围内选取适合测量的地面控制点，并操纵实时动态差分卫星定位系统对选取的地面控制点进行测量，以获取其三维坐标，并将获取的地面控制点的三维坐标传送给第一数据处理模块。第一数据处理模块用于根据航空摄影模块传送的航摄像片和控制点测量模块传送的地面控制点的三维坐标并使用全数字摄影测量系统得到垃圾填埋场的DEM模型，通过该DEM模型确定垃圾填埋场的表面地形复杂度，并将确定的垃圾填埋场的表面地形复杂度传送到物理勘探测线布设模块。物理勘探测线布设模块用于根据垃圾填埋场的表面地形复杂度，在垃圾填埋场表面布设多条满足探测要求的物理勘探测线，并将布设好的物理勘探测线传送给垃圾填埋场探测模块。垃圾填埋场探测模块用于沿布设好的物理勘探测线对垃圾填埋场内部构造进行无损扫描探测，并将无损扫描探测数据传送给第二数据处理模块。第二数据处理模块用于根据垃圾填埋场探测模块传送的无损扫描探测数据，建立关于垃圾填埋场地下构造的三维数据模型，以准确反映垃圾填埋场的相关信息。2.根据权利要求1所述的垃圾填埋场无损扫描系统，其特征在于，选取适合测量的地面控制点包括应满足：控制点的目标影像应清晰；布设的控制点能应用于不同像片；控制点与像片边缘的距离不小于1.5cm，距离像片的各类标志大于1mm。3.根据权利要求1或2所述的垃圾填埋场无损扫描系统，其特征在于，物理勘探测线的平均间距是根据以下公式计算：a＝(x·n/v)·(x·m/b)其中a表示探测作业量，b表示物理勘探测线的平均间距，v表示本发明系统的移动速度，x表示组成子区域的最佳统计单元的边长，m表示整个垃圾填埋场中沿着水平方向的网格的数量，n表示整个垃圾填埋场中沿着竖直方向的网格的数量。4.根据权利要求1至3中任意一项所述的垃圾填埋场无损扫描系统，其特征在于，垃圾填埋场探测模块包括第一物理勘探子模块、第二物理勘探子模块、以及行进子模块；第一物理勘探子模块用于获取探地雷达数据和雷达数据采集点的三维坐标数据，并将探地雷达数据、以及探地雷达数据采集点的三维坐标数据传送到第二数据处理模块。行进子模块用于装载第一物理勘探子模块沿着物理勘探测线布设模块所获取的物理勘探测线工作；第二物理勘探子模块内设高密度电阻率测量仪，用于沿物理勘探测线布设电极，以探测垃圾填埋场的地下电阻率分布，将探测到的电阻率分布数据进行存储，并将电阻率分布数据传送至第二数据处理模块。5.根据权利要求1至4中任意一项所述的垃圾填埋场无损扫描系统，其特征在于，第一物理勘探子模块包括卫星定位系统、探地雷达装置、以及可编程控制器。卫星定位系统用于采集待测点的三维坐标数据，且包括一台卫星定位基站和至少一台卫星定位移动站，卫星定位移动站包括卫星定位移动站天线和卫星定位接收机，卫星定位基站用于接收卫星数据，并将基站坐标和卫星数据传送至卫星定位移动站，卫星定位基站和卫星定位移动站所采集的卫星数据经过解算之后得到待测点的三维坐标数据；探地雷达装置用于采集探地雷达数据，并包括探地雷达主机和探地雷达天线，卫星定位移动站天线刚性固定于探地雷达天线正上方中心，与探地雷达天线的中心位置水平重合，并与卫星定位接收机相连接；探地雷达天线与雷达主机连接；可编程控制器用于实现探地雷达和卫星定位移动站之间的同步，同时以固定频率产生脉冲信号，以触发探地雷达和卫星定位系统分别实时采集探地雷达数据、以及探地雷达数据采集点的三维坐标数据，并将采集的探地雷达数据、以及探地雷达数据采集点的三维坐标数据发送到第二数据处理模块；卫星定位移动站、探地雷达装置和可编程控制器均设置在行进子模块上。6.一种基于空地一体化的垃圾填埋场无损扫描方法，其是应用在如权利要求1至5中任意一项所述的基于空地一体化的垃圾填埋场无损扫描系统中，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)航空摄影模块根据垃圾填埋场用地红线图操纵航摄无人机进行航空飞行摄影，以获得航摄像片，并将获得的航摄像片传送给控制点测量模块和第一数据处理模块；(2)控制点测量模块根据来自航空摄影模块的航摄像片在垃圾填埋场的范围内选取适合测量的地面控制点，并操纵实时动态差分卫星定位系统对选取的地面控制点进行测量，以获取其三维坐标，并将获取的地面控制点的三维坐标传送给第一数据处理模块；(3)第一数据处理模块根据航空摄影模块传送的航摄像片和控制点测量模块传送的地面控制点的三维坐标，并使用全数字摄影测量系统得到垃圾填埋场的DEM模型，...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢加伟，谢颖诗，海景，朱锋，谢冰，洪澄泱，张洁茹，陈杰娥，程涛，郭颖，史力争，黄沅清，
申请(专利权)人：环境保护部华南环境科学研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44