無標石地表沉陷盆地多回波掃描獲取方法研究

《無標石地表沉陷盆地多回波掃描獲取方法研究》是依託中國礦業大學，由李亮擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：無標石地表沉陷盆地多回波掃描獲取方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李亮
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

隨著煤炭資源開發重心向西部生態脆弱區規模化開採和東部人口聚居區深部開採的轉移，需要足夠的實測資料為新形勢下礦區生產規劃和環境保護提供數據保障。針對現有沉陷數據獲取方法中的測點保存困難、數據量少、覆蓋面窄等缺陷，本項目研究基於三維雷射掃描系統不埋標石、自由設站獲取沉陷區整體移動變形信息的關鍵問題。項目在開展不同類型自由設站方法進行點雲數據獲取優缺點研究的基礎上，分析各種類型地物（地貌）在點雲數據回波特徵、顏色特徵、亮度特徵中的呈現形式，進行真實地形、臨時地貌、永久地物的準確分類；進而研究基於真實地形點雲數據的沉陷求取理論和基於典型地物輪廓特徵的水平移動提取算法，實現沉陷盆地移動變形信息的準確全面獲取。研究成果為突破目前開採沉陷監測技術瓶頸，實現沉陷盆地實時、快速、高效、全面觀測，促進開採沉陷研究快速發展，推動煤炭資源開發利用和生態環境保護的和諧統一提供技術支撐。

結題摘要

掌握開採引起的地表沉陷變形規律，對指導我國煤炭資源的有序規劃開採和老採空區土地資源合理利用具有重要現實意義。針對現有沉陷數據獲取方法中的測點保存困難、數據量少、覆蓋面窄等缺陷，本項目研究了通過三維雷射掃描系統融合短基線GPS的方法，實現不埋標石自由設站獲取沉陷區整體移動變形信息中的關鍵問題。首先分析了三維雷射掃描技術的誤差來源，採用實測的方法獲得了三維雷射掃描不同套用場景可達到的精度，證明了三維雷射掃描技術在礦區沉陷監測中的可用性，然後開展了三維雷射掃描系統融合短基線GPS技術實現沉陷區全局坐標獲取的實驗分析工作，結果表明掃描半徑不超過50m的三維雷射掃描點雲數據和採集時間不低於30分鐘的短基線GPS數據在採用圖形匹配方法融合後，可滿足礦區沉陷監測的精度需求。提出了基於Lagrange運算元與曲面擬合的點雲濾波方法、基於點雲均勻度的植被點分類方法和基於曲率特徵的ICP配準方法等方法，實現了點雲數據的地形/地物分類和整體點雲的配準。在變形信息提取方面，完善了基於DEM的地表沉陷提取和基於樹木特徵的水平移動提取算法，提出了基於歐式距離的特徵點/線提取方法和基於多級ICP疊代的地表變形提取方法，實現了基於點雲數據的沉陷盆地移動變形信息自由設站準確獲取。部分研究成果通過了中國煤炭工業協會組織的科技成果鑑定，成功套用於三個煤礦的開採沉陷監測工作中，解決了煤礦企業當前面臨的開採沉陷監測難題，創造了良好的經濟效益和社會效益。