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无人机倾斜摄影测量开采沉陷监测方法研究

陈鹏飞  
【摘要】:由于地下采矿活动引起地表的沉陷变形,对其进行沉陷监测的手段经历了长期变化的过程,从传统的水准导线测量、GPS监测,到目前较多使用的三维激光扫描监测、D-InSAR监测等多种手段,这些监测手段从观测方式上由全野外到少野外测量,观测效率也大大提升,但其监测范围、精度及效率依然不能满足矿区沉陷全面监测的需求。现阶段无人机低空摄影测量的出现,以其高机动及实时性大大提高了监测的效率,其高精度的数字成果应用于各个监测领域,包括对山区滑坡、泥石流、塌陷等进行监测,并能够全方位多视角监测沉陷区域。针对矿区开采引起的地表沉陷,本文结合地下开采掘进进度及无人机地表沉陷监测数据,以实测资料为依据,探讨无人机开采沉陷监测的可行性,分别从以下几方面讨论:(1)对无人机摄影测量的垂直摄影与倾斜摄影进行了理论对比与分析,从垂直摄影测量的影像畸变改正、影像金字塔建立、相对定向、自由网平差方面与倾斜摄影测量的同名点匹配、多相机联合平差、点云生成、表面重建、纹理映射等方面说明与探讨了倾斜摄影的优势。(2)进入沉陷区试验前,对无人机航测方案进行了设计。第一部分是对像控点布设方案的设计,结合两种较经典的稀疏与密集布设方案,验证了两种方案下无人机数字成果的精度,以得到一套合理的像控点方案。第二部分是对后差分技术引用及证明,对两套数据分别是否引用后差分技术进行数字成果对比,验证后差分技术的精度与优势。并在同等方案下对比了倾斜与垂直摄影的DEM精度,由此得出最佳的倾斜航摄方案。(3)将倾斜航摄方案引入沉陷区,获取了与地下开采活动相对应的两期地面无人机倾斜数据,并用水准仪实测了两期地面观测站数据;对两期无人机倾斜数据进行数据处理形成两期DEM并生成下沉盆地,利用该矿经验参数进行沉陷盆地预计形成预测沉陷盆地;利用实测观测线数据定量分析了倾斜摄影获取的沉陷盆地,利用预测沉陷盆地对倾斜摄影获取的沉陷盆地进行了定性分析。总结以上研究及验证表明:利用倾斜摄影对开采沉陷区域进行沉陷监测,与水准导线实测地面下沉值对比发现,在下沉关键点部分倾斜摄影沉陷盆地与地面实测下沉值基本吻合,中误差达到102mm;与沉陷预计得到的沉陷盆地对比发现,在下沉趋势上,倾斜摄影沉陷盆地与矿区预测沉陷盆地下沉趋势一致。


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