一种基于无人机遥感影像的采动地表沉降信息提取方法技术

一种基于无人机遥感影像的采动地表沉降信息提取方法，包括：确定监测区域；通过无人机获取的监测区域的影像图，并根据不同时期的监测区域的影像图生成差值DEM；获取差值DEM中各采样点的初始坐标信息；根据各采样点的倾斜值对各采样点的下沉值进行第一次修正以消除偶然误差；通过差值DEM中对应未受到采动影响的区域的数据计算系统误差值，并根据系统误差值对各采样点的下沉值进行第二次修正以消除系统误差；最后根据修正后的下沉值生成修正后的差值DEM，得到采动地表沉降信息。本设计不仅成本低廉、实时性强、易于获取整个采动区域的变化过程，而且对于沉降信息的监测精度非常高。而且对于沉降信息的监测精度非常高。而且对于沉降信息的监测精度非常高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无人机遥感影像的采动地表沉降信息提取方法


[0001]本专利技术涉及一种沉降信息提取方法，尤其涉及一种基于无人机遥感影像的采动地表沉降信息提取方法，具体适用于获取采动地表的沉降信息。

技术介绍

[0002]在采动过程中地表平面、高程的变化是揭示地表移动与变形规律、构建地表沉陷预测方法的重要基础数据，也是进行地表沉陷灾害防控设计的重要依据。传统的地表高程变化监测方法一般通过在地面布置地表移动观测站，采用诸如水准仪、全站仪、GNSS技术等方法，测量采动过程中监测点坐标的变化，进而计算采动过程中地表高程坐标的变化。传统的监测方法存在劳动强度大、监测耗时长、实时性不够的问题；并且，传统的监测方法仅进行监测点坐标变化监测，难以获取整个移动盆地变化过程；同时，传统的监测方法中布置的监测点很容易遭到破坏，保护难度大。
[0003]近年，随着现代测绘技术的快速发展，无人机摄影测量、三维激光扫描、差分干涉雷达的新技术越来越多应用于地表沉陷监测。这些技术的发展对地表下沉盆地变形数据的采集具有很大的进步意义。而无人机摄影测量技术凭借其成本低、现势性强等优点已经逐渐成为地表移动与变形监测的主要技术手段。无人机摄影测量监测地表沉降主要是利用影像构建监测区域地表数字高程模型，通过不同期的数字高程模型求差得到地表沉降。但是无人机测量的精度受到诸多因素影响，比如像控点位置、数目、质量、飞行参数以及相机参数等。目前无人机测绘平面精度约2
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3cm，高程精度约5
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10cm，如何提高监测精度，尤其是高程监测精度是无人机测绘要解决的主要问题。由于下沉盆地边界监测一般要高程监测精度优于1cm，目前无人机的测绘精度是不能满足采动地表沉陷监测的要求；同时，对测量精度的提升始终是测绘工作发展的动力。
[0004]中国专利公告号为CN106969751A，公告日为2017年7月21日的专利技术专利公开了一种基于无人机遥感的采煤地表沉陷量监测计算的方法，该方法根据研究区范围和地理特征布设控制点，通过无人机拍摄影像处理生成点云数据，并导出研究区地表三维坐标。然后根据地面控制测量结果，采用4参数曲面拟合校正模型对无人机航测得到的三维坐标进行校正，与开采前地形图高程值进行比较，计算开采后地表沉陷量。中国专利公告号为CN114279398A，公告日为2022年4月5日的专利技术专利中展示了一种基于无人机航测技术的金属矿开采地表沉降监测方法，该方法根据无人机影像信息生成数字表面模型，然后提取固定边界的地表沉降监测点，绘制地表沉降监测点的等值线图。最终根据等值线图建立本监测周期的地表沉降3D模型，利用EPS软件进行地表沉降裂缝监测，采集产生裂缝的三维坐标，并绘制地表沉降裂缝。中国专利公告号为CN114612806A，公告日为2022年6月10日的专利技术专利公开了一种提高消费级无人机DEM产品精度的方法，该方法首先构建梯度
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布料滤波模型对获得的无人机三维点云进行滤波得到地面点云，通过所述地面点云构建地面种子DEM，然后根据GNSS RTK测量与无人机测量的高程差异来构建高程异常值曲面模型，最后利用高程异常值曲面模型对地面种子DEM进行补偿修正，从而提高DEM精度。上述现有技术均
通过无人机摄影监测地表沉陷，但是上述技术中仍然存在以下几点问题：
[0005]1、难以兼顾地形的细节特征和平滑效果。例如在公开号为CN106969751A的专利中，通过曲面拟合来改正无人机监测的三维点坐标，以提高测量精度。然而实际地表并不是一个光滑的曲面，滤波必然会消除地表的细节特征。
[0006]2、无人机摄影测量提取地表下沉时仍存在较大的测量误差。现有技术针对无人机摄影测量精度的提高主要体现在数据获取方面，例如选择更加合适的像控点布局等，但并未针对该方法的误差本身进行研究。因此现有的实际地表下沉的测量精度约为5
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10cm，无法满足计算地表倾斜值和下沉边界范围的需求。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是克服现有技术中存在的传统的地表沉陷监测方法的劳动强度大、监测耗时长、实时性不够、难以获取整个采动区域的变化过程，而通过无人机摄影测量技术监测地表沉降又达不到所需的监测精度的问题，提供了一种成本低廉、实时性强、监测精度高且能获取整个采动区域的变化过程的基于无人机遥感影像的采动地表沉降信息提取方法。
[0008]为实现以上目的，本专利技术的技术解决方案是：
[0009]一种基于无人机遥感影像的采动地表沉降信息提取方法，所述采动地表沉降信息提取方法提取方法具体包括：
[0010]步骤一、通过无人机采集不同时期的监测区域的影像图，并根据不同时期的监测区域的影像图生成差值DEM；
[0011]步骤二、设置差值DEM的采样分辨率，并获取该采样分辨率下差值DEM中采样点的平面坐标和初始下沉值；
[0012]步骤三、根据采样点的平面坐标和初始下沉值计算采样点的倾斜值，根据采样点的倾斜值在其周围划定对应的采样区域，将采样区域内所有采样点的初始下沉值的均值作为对应采样点的第一修正下沉值；
[0013]步骤四、将采样点的第一修正下沉值减去系统系统误差值，得到采样点的第二修正下沉值；
[0014]步骤五、根据采样点的平面坐标和第二修正下沉值生成修正后的差值DEM，得到采动地表沉降信息。
[0015]所述步骤三中，根据采样点的平面坐标和初始下沉值计算任意一个采样点N的倾斜值具体包括：
[0016]获取差值DEM中以采样点N为中心，半径为L的区域内的所有采样点的平面坐标和初始下沉值，采用线性回归分析对所获取的采样点的平面坐标和所获取的采样点的初始下沉值之间的关系进行拟合，得到线性回归方程，将所述线性回归方程的斜率作为采样点N的倾斜值；
[0017]所述以采样点N为中心，半径为L的区域内的采样点的数量不小于10个。
[0018]所述L的取值为0.5m。
[0019]所述步骤三中，根据采样点的平面坐标和初始下沉值计算任意一个采样点N的倾斜值具体包括：
[0020]A1、计算采样点N在东西方向的倾斜值、采样点N在南北方向的倾斜值；
[0021]A2、计算采样点N在东西方向的倾斜值与采样点N在南北方向的倾斜值的矢量和，得到采样点N的倾斜值。
[0022]所述步骤A1中，计算采样点N在东西方向的倾斜值、采样点N在南北方向的倾斜值具体包括：
[0023]采样点N1、采样点N2为与采样点N在东西方向相邻的两个采样点，计算采样点N1的初始下沉值与采样点N2的初始下沉值的差值，采样点N1的初始下沉值与采样点N2的初始下沉值的差值除以采样点N1与采样点N2之间的距离值得到采样点N在东西方向的倾斜值i
x
；
[0024]采样点N3、采样点N4为与采样点N在南北方向相邻的两个采样点，计算采样点N3的初始下沉值与采样点N4的初始下沉值的差值，采样点N3的初始下沉值与采样点N4的初始下沉值的差值除以采样点N3与采样本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机遥感影像的采动地表沉降信息提取方法，其特征在于：所述采动地表沉降信息提取方法提取方法具体包括：步骤一、通过无人机采集不同时期的监测区域的影像图，并根据不同时期的监测区域的影像图生成差值DEM；步骤二、设置差值DEM的采样分辨率，并获取该采样分辨率下差值DEM中采样点的平面坐标和初始下沉值；步骤三、根据采样点的平面坐标和初始下沉值计算采样点的倾斜值，根据采样点的倾斜值在其周围划定对应的采样区域，将采样区域内所有采样点的初始下沉值的均值作为对应采样点的第一修正下沉值；步骤四、将采样点的第一修正下沉值减去系统系统误差值，得到采样点的第二修正下沉值；步骤五、根据采样点的平面坐标和第二修正下沉值生成修正后的差值DEM，得到采动地表沉降信息。2.根据权利要求1所述的一种基于无人机遥感影像的采动地表沉降信息提取方法，其特征在于：所述步骤三中，根据采样点的平面坐标和初始下沉值计算任意一个采样点N的倾斜值具体包括：获取差值DEM中以采样点N为中心，半径为L的区域内的所有采样点的平面坐标和初始下沉值，采用线性回归分析对所获取的采样点的平面坐标和所获取的采样点的初始下沉值之间的关系进行拟合，得到线性回归方程，将所述线性回归方程的斜率作为采样点N的倾斜值；所述以采样点N为中心，半径为L的区域内的采样点的数量不小于10个。3.根据权利要求2所述的一种基于无人机遥感影像的采动地表沉降信息提取方法，其特征在于：所述L的取值为0.5m。4.根据权利要求1所述的一种基于无人机遥感影像的采动地表沉降信息提取方法，其特征在于：所述步骤三中，根据采样点的平面坐标和初始下沉值计算任意一个采样点N的倾斜值具体包括：A1、计算采样点N在东西方向的倾斜值、采样点N在南北方向的倾斜值；A2、计算采样点N在东西方向的倾斜值与采样点N在南北方向的倾斜值的矢量和，得到采样点N的倾斜值。5.根据权利要求4所述的一种基于无人机遥感影像的采动地表沉降信息提取方法，其特征在于：所述步骤A1中，计算采样点N在东西方向的倾斜值、采样点N在南北方向的倾斜值具体包括：采样点N1、采样点N2为与采样点N在东西方向相邻的两个采样点，计算采样点N1的初始下沉值与采样点N2的初始下沉值的差值，采样点N1的初始下沉值与采样点N2的初始下沉值的差值除以采样点N1与采样点N2之间的距离值得到采样点N在东西方向的倾斜值i
x
；
采样点N3、采样点N4为与采样点N在南北方向相邻的两个采样点，计算采样点N3的初始下沉值与采样点N4的初始下沉值的差值，采样点N3的初始下沉值与采样点N4的初始下沉值的差值除...

【专利技术属性】
技术研发人员：查剑锋，查剑林，吴德军，郭广礼，李怀展，苗鹏龙，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：