一种用于煤矿开采区域地表的变形监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于煤矿开采区域地表的变形监测系统，包括：信息采集监测模块、无线传输模块、存储模块、数据解算分析模块、预警模块；信息采集监测模块用于获取连续地表数据与非连续地表数据；数据解算分析模块用于两种地表数据分别进行预处理，对经过预处理的数据进行综合分析，获得移动变形预测值；预警模块用于根据移动变形预测值对监测区域进行预估预警。本发明专利技术中实时获取采掘工作面信息，构建模型进行变形预计，结合点云数据对模型进行修正，根据地质条件与挖掘阶段等信息确定临界值，并通过预计值与临界值对比判断是否需要时间间隔更短或者连续的监测，实现分段监测，提高监测精度的同时，减小劳动强度和观测周期，降低成本。降低成本。降低成本。

【技术实现步骤摘要】
一种用于煤矿开采区域地表的变形监测系统


[0001]本专利技术属于地表形变监测领域，特别是涉及一种用于煤矿开采区域地表的变形监测系统。

技术介绍

[0002]由于我国“富煤、贫油、少气”的能源结构，长期以来煤炭作为我国的主体能源资源支撑着我国国民经济的发展。随着采煤活动的不断增加，采煤对环境已造成巨大危害。在采煤过程中会造成的地表沉降，矿山开采造成地表下沉而带来一系列灾难性的后果，如平地积水、农田减产、道路裂缝、房屋倒塌等，不仅是耕地减少的重要原因，也是制约矿山生产的瓶颈之一。地下煤矿资源开采过程中，其上覆岩体原有的应力平衡状态被打破，致使岩层和地表发生移动和变形，从而造成位于沉陷区的建构筑物以及铁路、公路、桥梁、输电线路等人工建构筑物的损害。
[0003]传统的GPS测量、水准测量、地面位移计测量技术工作效率低，空间分辨率低，成本较高，易受天气和地理环境限制，且难以满足对大范围区域开展高效动态监测的需求。全站仪测量、水准测量和GNSS等，虽然监测精度高，但存在观测周期长、劳动强度大、耗费成本高等问题，并且传统布设观测站的方法获得的是离散的“点状”数据，而非连续的“面域”形变信息，信息获取不全面。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种用于煤矿开采区域地表的变形监测系统，以解决上述现有技术存在的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种用于煤矿开采区域地表的变形监测系统，包括：
[0006]信息采集监测模块、无线传输模块、存储模块、数据解算分析模块、预警模块；
[0007]所述信息采集监测模块用于获取连续地表数据与非连续地表数据；
[0008]所述无线传输模块用于将所述连续地表数据与所述非连续地表数据传递至数据解算分析模块；
[0009]所述数据解算分析模块用于对所述连续地表数据与所述非连续地表数据分别进行预处理，对经过预处理的数据进行综合分析，获得移动变形预测值；
[0010]所述存储模块用于存储信息采集监测模块与数据解算分析模块获得的数据；
[0011]所述预警模块用于根据所述移动变形预测值对监测区域进行预估预警；
[0012]所述信息采集模块、所述数据解算分析模块、所述预警模块依次相连，所述信息采集模块、所述数据解算分析模块还与所述存储模块相连。
[0013]可选的，所述信息采集监测模块包括非连续监测单元、连续监测单元；
[0014]所述非连续监测单元用于定期获取非连续地表数据，所述非连续地表数据包括矿井采掘工作面信息与原始地表点云数据，通过无线传输模块传送至数据解算分析模块进行
综合分析；
[0015]所述连续监测单元用于对煤矿开采区域进行连续监测，获取所述连续地表数据；通过建立若干个观测站进行连续监测，任意三个观测站不共线，观测站个数基于地质条件与观测范围确定。
[0016]可选的，所述非连续监测单元包括矿井采掘信息子单元、地表点云子单元；
[0017]所述矿井采掘信息子单元采用权限管理与协同更新法获得实时矿井采掘工程平面信息；所述矿井采掘工程平面信息包括回采工作面参数、煤层倾角、煤层厚度、移动变形参数以及相应位置坐标；
[0018]所述地表点云子单元采用四旋翼无人机机载雷达获取原始地表点云数据，四旋翼无人机包括若干台，飞行轨迹基于预设旁向重叠率、预设航向重叠率、GPS基站位置与人工监测点位置进行设计。
[0019]可选的，所述数据解算分析模块包括数据处理单元、综合分析单元；
[0020]所述数据处理单元用于对所述连续地表数据与所述非连续地表数据分别进行预处理，包括连续数据子单元、非连续数据子单元；
[0021]所述综合分析单元根据所述非连续地表数据进行预测评估，获得移动变形预测值。
[0022]可选的，所述非连续数据子单元采用空间格网索引对原始地表点云数据重新组织；获取点云中每个点的梯度信息，滤除极低粗差点；遍历经过滤除的点云数据，并通过形态学开运算获得所有特征点，基于空间格网索引对所有特征点进行扫描，通过判断特征点的梯度信息确定是否为地形特征；根据获得的地形特征获得三维地表模型；
[0023]所述非连续数据子单元构建地表变形预估模型，将所述矿井采掘工程平面信息作为模型的输入，获得移动变形预测值；
[0024]所述连续数据子单元通过基于NTRIP协议的通讯网络与观测站实时连接，获得连续地表数据。
[0025]可选的，所述综合分析单元根据所述三维地表模型的特征点变化，获得地表变形信息，基于所述移动变形预测值与所述地表变形信息，对所述地表变形预估模型进行训练修正，并根据修正后的模型与实时采集的矿井采掘工程平面信息获得移动变形预测值；
[0026]若所述移动变形预测值超出预设值，则开启连续监测单元中对应区域的观测站。
[0027]可选的，所述预警模块包括阈值判断单元、等级云图绘制单元、语音警报单元；
[0028]所述移动变形预测值包括下沉值、倾斜值、曲率值、水平移动值和水平变形值；
[0029]所述阈值判断单元用于判断危险等级，通过设定变形阈值，将所述移动变形预测值与所述变形阈值进行比较实现判断；
[0030]所述等级云图绘制单元用于根据煤矿开采区不同区域的危险等级绘制危险等级云图；其中，所述危险等级云图中包括区域边界坐标，所述危险等级包括轻度、中度、高度，并采用不同颜色进行区分。
[0031]所述语音警报单元用于根据所述危险等级判断是否发出语音警报。
[0032]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
[0033]本专利技术中实时获取采掘工作面信息，并通过构建模型进行变形预计，结合点云数据对模型进行修正实现更为精准的预估，根据地质条件与挖掘阶段等信息判断临界值，预
估值与临界值对比判断是否需要时间间隔更短或者连续的监测，以保证地表变形的及时监控，避免造成不必要的事故，保证人员安全。传统的测量手段空间分辨率低，成本较高，易受天气和地理环境限制，且难以满足对大范围区域开展高效动态监测的需求，本专利技术选择无人机低空飞行进行点云数据获取，并通过两次结果对比与特征点处理获得更加精准的地表三维模型。当超出预设值时进行GNSS测量，减小了劳动强度和观测周期，降低了成本。
附图说明
[0034]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0035]图1为本专利技术实施例中的系统结构示意图。
具体实施方式
[0036]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0037]实施例一
[0038]如图1所示，本实施例中提供一种用于煤矿开采区域地表的变形监测系统，包括：
[0039]信息采集监测模块、无线传输模块、存储模块、数据解算分析模块、预警本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于煤矿开采区域地表的变形监测系统，其特征在于，包括：信息采集监测模块、无线传输模块、存储模块、数据解算分析模块、预警模块；所述信息采集监测模块用于获取连续地表数据与非连续地表数据；所述无线传输模块用于将所述连续地表数据与所述非连续地表数据传递至数据解算分析模块；所述数据解算分析模块用于对所述连续地表数据与所述非连续地表数据分别进行预处理，对经过预处理的数据进行综合分析，获得移动变形预测值；所述存储模块用于存储信息采集监测模块与数据解算分析模块获得的数据；所述预警模块用于根据所述移动变形预测值对监测区域进行预估预警；所述信息采集模块、所述数据解算分析模块、所述预警模块依次相连，所述信息采集模块、所述数据解算分析模块还与所述存储模块相连。2.根据权利要求1所述的用于煤矿开采区域地表的变形监测系统，其特征在于，所述信息采集监测模块包括非连续监测单元、连续监测单元；所述非连续监测单元用于定期获取非连续地表数据，所述非连续地表数据包括矿井采掘工作面信息与原始地表点云数据；所述连续监测单元用于对煤矿开采区域进行连续监测，获取所述连续地表数据；通过建立若干个观测站进行连续监测，任意三个观测站不共线，观测站个数基于地质条件与观测范围确定。3.根据权利要求2所述的用于煤矿开采区域地表的变形监测系统，其特征在于，所述非连续监测单元包括矿井采掘信息子单元、地表点云子单元；所述矿井采掘信息子单元采用权限管理与协同更新法获得实时矿井采掘工程平面信息；所述矿井采掘工程平面信息包括回采工作面参数、煤层倾角、煤层厚度、移动变形参数以及相应位置坐标；所述地表点云子单元采用四旋翼无人机机载雷达获取原始地表点云数据，四旋翼无人机包括若干台，飞行轨迹基于预设旁向重叠率、预设航向重叠率、GPS基站位置与人工监测点位置进行设计。4.根据权利要求3所述的用于煤矿开采区域地表的变形监测系统，其特征在于，所述数据解算分析模块包括数据处理单元、综合分析单元；所述数...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘润，邹云兴，黄飞，张成璞，王朋飞，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：