矿区地表移动变形3DWebGIS预计分析方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种矿区地表移动变形3D WebGIS预计分析方法及系统，采用倾斜摄影测量方法获取矿区osgb格式的实景三维模型数据并对关键地理要素进行单体化处理。基于B/S架构的ASP.NET Web应用框架，通过建立采煤工作面沉陷预计参数及矿区地表关键地物要素的地理空间数据库、开采沉陷预计模块、GIS空间分析模块。基于Cesium开源三维地球框架，实现图层控制及显示、3D WebGIS三维空间可视化分析、开采损害等级云图绘制及统计报表输出，本发明专利技术能够进行地表移动变形预计分析，同时还提高了矿山生产规划及矿山地质环境治理的工作质量和效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
矿区地表移动变形3D WebGIS预计分析方法及系统
[0001]方法领域
[0002]本专利技术涉及一种矿区地表移动变形预报方法及系统，属于矿区沉陷预测方法领域。
[0003]背景方法
[0004]矿区沉陷预测预报是矿山开采沉陷学科的重要研究内容，因为煤炭资源的地下开采造成了地表建(构)筑物的开裂变形、地表塌陷及农田受损等严重的矿山地质环境问题。而利用矿区沉陷预测的结果可定量地研究受开采影响的岩层与地表移动在时间和空间上的分布规律。矿区沉陷预测所得的结果常被用来判别建(构)筑物是否受开采影响及受开采影响的程度以及全面掌握矿区地表的塌陷情况，并据此对煤炭资源的合理开采及开采沉陷损害防护做出合理决策。因此，矿区沉陷预测预报对开采沉陷的理论研究和生产实践均具有重要的意义。
[0005]现有的矿区沉陷预测预报系统多是二维的，如有研究者以AutoCAD为二次开发平台并结合CASS实现开采沉陷预计分析。而更多的研究是以ArcGIS或MapGIS等大型地理信息系统(Geographic Information System，GIS)软件的二次开发组件来实现地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矿区地表移动变形3D WebGIS预计分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，矿区地表三维数据获取及格式转换：步骤11，数据获取：获取矿区地表多视倾斜立体影像，结合外业实测的像控点坐标，基于SfM方法和密集匹配方法经由解析空中三角测量、密集匹配、不规则三角网构建及纹理映射生成osgb格式的矿区地表三维实景模型数据；步骤12，数据转换：将osgb格式的矿区地表三维实景模型数据转换为Cesium支持的3DTiles数据格式的矿区地表三维实景模型数据；步骤2，单体化矢量数据提取及属性数据挂接步骤21，根据步骤1得到的矿区地表三维实景模型数据采用模型切割方法、ID单体化方法或动态单体化方法分离并选中模型单体，得到采煤工作面及关键地物要素的二维矢量数据；步骤22，属性数据挂接，将属性数据挂接在工作面及关键地物要素的二维矢量数据上，属性数据包括工作面沉陷预计参数结构表、电力设施数据结构表、道路数据结构表、建筑物数据结构表；步骤3，对3DTiles数据格式的矿区地表三维实景模型数据进行服务化管理；步骤4，利用MySQL关系型数据库存储采煤工作面及关键地物要素的二维矢量数据及其挂接的属性数据；步骤5，3D WebGIS分析系统单元构建，3D WebGIS分析系统单元包括前端和后端，前端包括图层控制及场景显示模块、开采沉陷3D WebGIS空间分析模块、损害等级云图绘制模块及统计报表输出模块；后端包括服务请求响应模块、开采沉陷预计模块及GIS空间分析功能函数封装调用模块及数据库管理模块；步骤51，后端实现步骤511，开采沉陷预计模块，采用概率积分法预计模型并结合工作面沉陷预计参数结构表对地下采煤引起的地表沉陷情况进行预计，内插相应类别的地表变形等值线；步骤512，GIS空间分析功能函数封装调用模块，通过将地理空间目标划分为点、线、面不同的类型，获得这些不同类型目标的形态结构；将空间目标的空间数据和属性数据结合起来，进行特定任务的空间计算与分析；地理空间实体抽象为点、线、面三种；在GIS中，上述实体间的空间关系主要有点
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面、线
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面及面
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面三种实体间的空间拓扑关系；将封闭的地表变形等值线视为面状类型数据，继而定量研究分析其与代表矿区不同地物类型的点、线、面三种实体间的空间拓扑关系；步骤513，数据库管理模块，建立采煤工作面及关键地物要素地理空间数据库和属性数据库；步骤52，前端实现步骤521，前端框架建立，采用Cesium开源三维引擎框架，实现在浏览器中展示三维虚拟地球的功能；步骤522，图层控制及场景显示模块：步骤5221，配置图层目录树，使各关键地物要素及采煤工作面矢量图层和矿区场景模
型图层按顺序分层显示，并通过配置显示参数，控制图层的显示效果；步骤5222，基于各各关键地物要素及采煤工作面矢量数据，利用Cesium的贴地面矢量绘制功能实现其三维绘制与渲染；步骤523，开采沉陷3D WebGIS空间分析模块：步骤5231，调用Cesium前端空间分析模块并通过交互式地选择一个或多个所要预计的工作面；步骤5232，前端请求并调用后端工作面沉陷预计参数结构表数据库及开采沉陷预计模块，获得开采沉陷地表下沉及地表变形等值线；步骤5233，将开采沉陷影响范围传至后端，联合后端采煤工作面及关键地物要素地理空间数据库并同时调用后端的GIS空间分析功能函数封装调用模块执行空间分析操作，将分析结果返回至前端进行解析、显示；步骤524，损害等级云图绘制模块，依据开采沉陷预计模块分析结果和不同损害等级的边界值，按轻微损害、轻度损害、中度损害和严重损害绘制四个等级的损害区域云图并用颜色区分；步骤525，统计报表输出模块，依据开采沉陷预计模块分析结果统计回采工作面的走向、倾向和/或用户指定方向上的最大最小值、沉陷区域的面积和体积、指定深度的沉陷区域面积和体积，并以表格的形式导出。2.根据权利要求1所述矿区地表移动变形3D WebGIS预计分析方法，其特征在于：步骤11中采用倾斜摄影方法获取矿区地表多视倾斜立体影像。3.根据权利要求2所述矿区地表移动变形3D WebGIS预计分析方法，其特征在于：步骤11中采用固定翼或多旋翼无人低空飞行器搭载多目镜头载荷获取矿区地表多视倾斜立体影像；固定翼或多旋翼无人低空飞行器的航摄参数设置为：影像地面分辨率优于5cm，航向和旁向重叠度为80％和70％；像控点测量采用GPS RTK的方式进行，测量精度为3cm～5cm。4.根据权利要求3所述矿区地表移动变形3D WebGIS预计分析方法，其特征在于：步骤21中动态单体化方法包括以下步骤：步骤211，关键地物要素选择：选择受采矿影响的关键地物要素，对选择的关键地物要素按基本实体类型划分为点、线、面三种类型，得到关键地物要素类型；步骤212，二维矢量化：采用基于实景三维模型的矢量数据采集系统对步骤21选择的关键地物要素进行二维矢量化的工作，得到采煤工作面及关键地物要素的二维矢量数据；根据划分的各关键地物要素类型和关键地物要素的二维矢量数据，采集各关键地物要素类型几何信息，各关键地物要素类型几何信息包括点状地物的中心点坐标、线状地物的特征点坐标及面状地物的边界点坐标；采煤工作面的二维矢量数据从采掘工程平面图上以图层要素的形式导出。5.根据权利要求4所述矿区地表移动变形3D WebGIS预计分析方法，其特征在于：步骤22，属性数据挂接的方法：步骤221，将采煤工作面及关键地物要素的二维矢量数据导入ArcGIS并以shapefile格式存储；步骤222，将采煤工作面及矿区各关键地物要素的属性数据通过ArcGIS关联到相应的
采煤工作面及关键地物要素的二维矢量数据中，属性数据通过属性表的形式保存在shapefile文件中；工作面沉陷预计参数结构表包括工作面参数、煤层参数、预计参数，其中，工作面参数包括工作面编号、指向下山方向、工作面边界，煤层参数包括煤层编号、煤层倾角、煤层厚度，预计参数包括下沉系数、K值、水平移动系数、主要影响角正切值、是否为厚松散层、松散层边界角...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕卫华，房龙岩，王伟，郭杰，杨化超，张秋昭，卞和方，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：