一种基于3S技术的采空沉陷区识别及监测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于3S技术的采空沉陷区识别及监测方法，将遥感技术、地理信息系统、全球定位系统三种信息化技术作为一个整体进行应用，对提高识别精准度和监测效果有积极作用。本发明专利技术通过有限差分数值模拟方法对识别结果进行检校，对沉陷趋势进行预测，指导监测设备的针对性布设，对沉陷区的精准施测和结果分析有显著作用。本发明专利技术提供的技术方案相比于传统的采空沉陷区监测方法成本更低，可靠性更强，覆盖范围更广，提高了监测的经济性和有效性，保障了采空区上覆人工构筑物的建设及运营安全。本发明专利技术能够广泛应用于采空区及上覆公路、铁路等人工建筑物的形变识别和安全监测。铁路等人工建筑物的形变识别和安全监测。铁路等人工建筑物的形变识别和安全监测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于3S技术的采空沉陷区识别及监测方法


[0001]本专利技术涉及地质灾害监测
，尤其涉及一种基于3S技术的采空沉陷区识别及监测方法。

技术介绍

[0002]中国是世界第一产煤大国，已探明的煤炭可采存储量居世界第三位，采煤活动会导致地表发生显著的下沉、开裂和空洞，对公路、铁路等人工建筑物的建设及运营带来严重的安全隐患，为了规避安全风险，需要对采空沉陷区进行识别及监测。目前的技术手段较为单一且效果欠佳，主要通过采煤区移动角估计沉陷区范围，通过水准测量、导线测量或全球导航卫星系统(Global Navigation SatelliteSystem，GNSS)监测地表沉陷及拉张量，识别结果精准度不高，监测过程需要耗费大量的人力物力财力，且难以做到采煤沉陷区的全覆盖。

技术实现思路

[0003]为解决现有技术存在的局限和缺陷，本专利技术提供一种基于3S技术的采空沉陷区识别及监测方法，包括：
[0004]使用星载InSAR和高分辨率光学卫星影像解译对所述采空沉陷区进行广域识别，具体为，使用所述星载InSAR获得所述采空沉陷区的地表形变范围、时间序列累积形变量、形变速率，使用所述高分辨率光学卫星影像解译获得所述采空沉陷区的地形特征、地貌特征；
[0005]使用无人机LiDAR和无人机倾斜摄影测量技术对所述采空沉陷区进行局部识别，具体为，使用所述无人机LiDAR获得形变范围内植被覆盖区的数字高程模型及病害部位，使用所述无人机倾斜摄影测量技术获得形变范围内非植被覆盖区的数字地表模型及病害部位，所述病害部位包括空洞、裂缝、下沉的位置；
[0006]使用有限差分数值分析方法根据采空参数模拟所述采空沉陷区的地表沉陷变化，所述采空参数包括对所述采空沉陷区进行钻孔勘探得到的地层信息和对所述采空沉陷区进行调查得到的开采信息，所述开采信息包括开采深度、开采厚度、采空沉陷区尺寸、开采方式，数值模拟结果包括采空沉陷区分布和形变量级；
[0007]将所述星载InSAR的监测结果和所述有限差分数值分析方法的模拟结果对齐到同一尺度的地理坐标系下，所述GIS平台对所述监测结果和所述模拟结果进行对比分析，通过重复修正有限差分数值分析模型，直至所述模拟结果和所述监测结果一致；
[0008]根据所述模拟结果和所述监测结果设置不同类型的监测点，通过所述监测点对所述采空沉陷区进行识别和监测。
[0009]可选的，根据所述模拟结果和所述监测结果在所述采空沉陷区的形变中心、形变边界以及所述病害部位布设监测设备，所述监测设备以GNSS地表形变监测为主，所述监测设备以裂缝计、分层沉降仪、土壤湿度计为辅。
[0010]可选的，定期采集所述采空沉陷区不同部位的各类监测设备的监测信息，分析所述监测信息获得所述采空沉陷区的形变趋势，为所述采空沉陷区地表设施安全提供技术支持。
[0011]本专利技术具有下述有益效果：
[0012]本专利技术提供的基于3S技术的采空沉陷区识别及监测方法，将遥感技术、地理信息系统、全球定位系统三种信息化技术作为一个整体进行应用，对提高识别精准度和监测效果有积极作用。本专利技术通过有限差分数值模拟方法对识别结果进行检校，对沉陷趋势进行预测，指导监测设备的针对性布设，对沉陷区的精准施测和结果分析有显著作用。本专利技术提供的技术方案相比于传统的采空沉陷区监测方法成本更低，可靠性更强，覆盖范围更广，提高了监测的经济性和有效性，保障了采空区上覆人工构筑物的建设及运营安全。本专利技术还可以得到采空沉陷区的时空变形规律，可为岩土学科理论研究提供基础数据。因此，本专利技术能够广泛应用于采空区及上覆公路、铁路等人工建筑物的形变识别和安全监测。
附图说明
[0013]图1为本专利技术实施例一提供的基于3S技术的采空沉陷区识别及监测方法的一种流程图。
[0014]图2为本专利技术实施例一提供的基于3S技术的采空沉陷区识别及监测方法的另一种流程图。
[0015]图3为本专利技术实施例一提供的基于3S技术的采空沉陷区的监测点布设图。
具体实施方式
[0016]为使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图对本专利技术提供的基于3S技术的采空沉陷区识别及监测方法进行详细描述。
[0017]实施例一
[0018]本实施例中，“3S”技术是测绘领域内遥感技术(Remote Sensing，RS)、地理信息系统(Geography Information Systems，GIS)和全球定位系统(Global Positioning Systems，GPS)的统称，是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。其中遥感技术具有广覆盖、高分辨率、全天候、非接触等技术优点，GPS技术可实时测量地表点的高精度三维形变量，GIS可对采空沉陷区的形变分布进行分析与展示。
[0019]本实施例的目的在于克服现有识别与监测技术的不足，提供一种基于“3S”技术的采空沉陷区识别及监测方法，提升监测设备布设的针对性，提高采空沉陷区的识别与监测精准度。
[0020]本实施例提供一种基于3S技术的采空沉陷区识别及监测方法，包括：广域识别、局部识别、数值模拟及对比分析、点位布设及监测分析。所述识别方法由广域识别方法和局部识别方法组成，所述广域识别方法主要包括星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)干涉测量和高分光学卫星影像解译两种手段；所述局部识别方法主要包括无人机光探测和测距(Light Detection And Ranging，LiDAR)和倾斜摄影两种手段。所述的星
载SAR干涉测量为多时相合成孔径雷达干涉测量方法(Multi
‑
Temporal Interferometric Synthetic Aperture Radar，MT
‑
InSAR)，得到采空区引起的地表形变范围、时间序列累积形变量和形变速率，其卫星视线向精度优于1cm；所述的高分光学卫星影像解译主要用于得到采空区地表地形及地貌特征，结果分辨率优于1m。
[0021]所述的无人机LiDAR具有多次回波的技术特点，主要用于得到形变范围内植被覆盖区的DEM(数字高程模型)及塌陷、裂缝、地面下沉病害部位；所述的无人机倾斜摄影主要用于得到形变范围内非植被区的DSM(数字地表模型)及病害部位，分辨率一般优于3cm。
[0022]所述数值模拟方法为基于数值模拟软件的有限差分数值分析方法，参数包括基于采空区范围内钻孔勘探得到的地层岩性，采空区调查得到的采深采厚、采空区尺寸、采煤方法等开采信息，以及无人机LiDAR测量得到的DEM信息，网格大小为InSAR监测结果分辨率的整数倍，模拟结果包括采空沉陷区分布及形变量级。
[0023]所述对比分析通过GIS平台实现，主要包括以下步骤：
[0024]第一步：将InSAR监测结果导入GIS本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于3S技术的采空沉陷区识别及监测方法，其特征在于，包括：使用星载InSAR和高分辨率光学卫星影像解译对所述采空沉陷区进行广域识别，具体为，使用所述星载InSAR获得所述采空沉陷区的地表形变范围、时间序列累积形变量、形变速率，使用所述高分辨率光学卫星影像解译获得所述采空沉陷区的地形特征、地貌特征；使用无人机LiDAR和无人机倾斜摄影测量技术对所述采空沉陷区进行局部识别，具体为，使用所述无人机LiDAR获得形变范围内植被覆盖区的数字高程模型及病害部位，使用所述无人机倾斜摄影测量技术获得形变范围内非植被覆盖区的数字地表模型及病害部位，所述病害部位包括空洞、裂缝、下沉的位置；使用有限差分数值分析方法根据采空参数模拟所述采空沉陷区的地表沉陷变化，所述采空参数包括对所述采空沉陷区进行钻孔勘探得到的地层信息和对所述采空沉陷区进行调查得到的开采信息，所述开采信息包括开采深度、开采厚度、采空沉陷区尺寸、开采方式，数值模拟结果包括采空...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊威，孙志杰，付玉强，杨烜宇，赵紫阳，刘天禄，
申请(专利权)人：山西省智慧交通研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：