專利名稱：礦區(qū)沉陷車載式激光測量方法
技術領域：
本發(fā)明屬于礦山測量領域，特別是礦區(qū)沉陷區(qū)測量領域，涉及一種礦區(qū)沉陷車載式激光測量方法，尤其是利用激光點測距、激光線掃描、激光三維掃描以及GPS/MU/加速值組合補償技術的礦區(qū)沉陷車載式激光測量方法。
背景技術：
礦產資源的大規(guī)模開發(fā)和利用，給人類帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟效益的同時， 也給人類的生產和生活造成一系列的環(huán)境問題和開采損害。礦區(qū)開采沉陷是由于礦物開采后形成采空區(qū)，其上部巖層在重力等作用下發(fā)生冒落、斷裂、擠壓、彎曲、移動等變形，傳播到地面形成的，是主要的人工地質災害之一 [I]。礦區(qū)地表沉陷發(fā)生在地下開采上方和露天開采活動附近區(qū)域。地下開采導致了大面積采空區(qū)，采空區(qū)面積擴大到一定范圍后，巖層移動發(fā)展到地表，使地表產生移動和變形。在開采影響波及到地表以后，結果是受采動影響的地表從原有標高向下沉陷，從而在采空區(qū)上方地表形成一個比采空區(qū)面積大得多的沉陷區(qū)域，稱為地表移動盆地，危及周邊工業(yè)企業(yè)與民居建筑的安全。礦區(qū)開采引發(fā)的地面沉陷災害，直接破壞了地表土地的自然狀態(tài)，形成地表裂縫，改變了地表大氣降水徑流和匯水條件，影響灌溉，降低了土地可耕性，加劇荒漠化程度，降低了土地使用價值；而且由于水平變形和不均勻沉陷，造成沉陷區(qū)內工業(yè)和民用建(構)筑物、水利設施、交通設施等產生裂縫和扭曲等變形，直接影響人們的安全生產和日常生活，還可能引發(fā)地表突然坍塌，帶來災難性的后果[2]。礦區(qū)開采引起的地面沉陷是一個復雜的過程，要認識這一復雜過程中包含的規(guī)律，必須對開采沉陷的野外數(shù)據(jù)進行大范圍、高分辨率、高精度的采集、整理和分析，在精確的實測資料基礎上，研究并建立各種預測計算模型[3-4]。因此，沉陷監(jiān)測是開采沉陷研究至關重要的課題。高效、快速、高精度的沉陷監(jiān)測數(shù)據(jù)可為地面沉陷災害預測、損失評估提供可靠的依據(jù)，進而為地面沉陷提供合理的治理措施，從而有效地控制沉陷，降低地面沉陷造成的損失[5]?！笆濉逼陂g，中國在資源和環(huán)境領域的發(fā)展目標是到2015年，新建和生產礦區(qū)的地質環(huán)境得到全面治理，歷史遺留的礦區(qū)地質環(huán)境恢復治理率達到35%以上。在礦區(qū)地質與地表環(huán)境的監(jiān)測及恢復治理工作中，礦區(qū)開采沉陷的快速高精度監(jiān)測是重要組成部分，也是對科技提出的重大挑戰(zhàn)，亟需研發(fā)礦區(qū)地表沉陷的快速高精度監(jiān)測成套技術系統(tǒng)， 突破地表沉陷高精度自動化監(jiān)測關鍵技術，為構建數(shù)字礦山[6]提供支撐。提升我國應對礦區(qū)地質災害的能力、裝備和技術條件，為礦區(qū)地質與地表環(huán)境的動態(tài)監(jiān)測及恢復治理工作做出貢獻。研究現(xiàn)狀早在19世紀中葉，礦區(qū)開采沉陷問題就已受到人們關注。1860年德國鐵路部門為驗證地下開采對鐵路的影響，在魯爾礦區(qū)對鐵路進行了下沉測量；19世紀末期開始，前蘇聯(lián)、波蘭、德國、澳大利亞、英國、加拿大、日本和美國等國家，對開采引起的地表沉陷變形規(guī)律進行了深入的研究，并取得了豐碩的成果。我國地表沉陷變形規(guī)律的研究工作始于20 世紀50年代，開灤“黑鴨子”觀測站的建立標志著我國開采沉陷變形觀測及其研究的開始； 其后，開灤、撫順、阜新、大同、峰峰、焦作、淮南、平頂山、芙蓉等礦區(qū)先后制定了地表移動觀測規(guī)劃，并建立了一批巖層與地表移動觀測站[7]?；仡櫟V區(qū)開采沉陷，其監(jiān)測技術手段已由傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀測坐標、鋼尺測邊長、水準儀測高程發(fā)展到使用全站儀、測量機器人進行巖移測量。近年隨著空間對地觀測技術的發(fā)展，傳統(tǒng)測量方法已逐漸為GPS監(jiān)測方法所替代[8]，較好地解決了地表某點連續(xù)動態(tài)變化監(jiān)測的問題。盡管利用GPS并結合常規(guī)測量手段可以取得較高的精度，但仍然面臨一些基本問題1)GPS在時間域上的分辨率很高，但在空間域上的分辨率無法達到很高；2)要對大范圍沉陷區(qū)域進行監(jiān)測，必須布設和維護大量的監(jiān)測點，需要投入大量人財物；3)基準點的穩(wěn)定性；4)野外觀測作業(yè)周期長；5)垂直向精度較低；6)由沉陷點、線數(shù)據(jù)構建沉陷面必須經(jīng)過數(shù)值內插，難以保證結果的精度等。因此，迫切需要改進目前的監(jiān)測方法，研制新的高精度自動監(jiān)測手段[9]。SAR(Synthetic Aperture Radar, SAR)是一種使用微波探測地表目標的主動式成像傳感器，具有全天候、全天時成像能力，并能穿透某些地物表面[10]。SAR圖像的每一分辨元的影像信息記錄地表反射的能量大小和相位信號，一般以復數(shù)表示，故稱之為單視復影像(SingleLook Complex, SLC)。由于 D-InSAR(Differential SAR Interferometry, D-InSAR)測量的距離向變化是一定面積的空間平均變化的估值，適合從長時間尺度上表達整個區(qū)域場的沉降趨勢，且測量精度達毫米級，近年來在城市地表沉降研究中得到了廣泛的應用[11]。然而，礦區(qū)地表沉陷與城市地表沉降和地下流體運移引起的地表沉降過程有所不同[12]。城市地表沉降和開采地下水和石油等引起的地表沉降是一種慢漸變、累積的沉降過程，而礦區(qū)地表沉陷過程相對比較集中，其變形量和變形速度均較城市等地表沉降更為明顯，破壞性也更大[13]。礦區(qū)地表沉陷發(fā)生的過程主要在開采區(qū)域開始回采后并延續(xù)至開采活動結束后的一段時期內[14]。其過程分開始階段、活躍階段和衰退階段。在礦區(qū)開采的開始階段和衰退階段，由于每天的沉陷量較小，因此可以一月進行I 2次觀測。 然而在活躍階段，由于每天的沉陷量最大可以達到20 30mm，甚至更大，在這些沉陷劇烈的成像區(qū)域，D-InSAR干涉圖將表現(xiàn)出一系列緊密的干涉條紋，引起干涉相位混疊現(xiàn)象，無法有效地進行沉陷測量[15]。而從開采沉陷的整個地表移動過程中，活躍階段要占到80% 左右的時間[16]，因此D-InSAR觀測技術目前還無法支撐礦區(qū)地表沉陷監(jiān)測的業(yè)務化運行。20世紀90年代初，以LiDAR(Light Detection And Ranging)為代表的空間對地觀測技術在三維空間信息的實時獲取方面產生了重大突破。機載LiDAR技術比較適合礦區(qū)大范圍區(qū)域的測繪工作，多用于礦區(qū)的DEM數(shù)據(jù)生產，測量精度為分米級[18]，不能滿足地表沉陷監(jiān)測毫米級的精度要求，而且飛行成本較高；地面激光掃描測量精度較高[19]，但是測量范圍相對較小，無法滿足礦區(qū)大范圍區(qū)域沉陷監(jiān)測工作需要[20]?！笆濉逼陂g，我國將重點規(guī)劃建設13個億噸級煤炭基地，這勢必會造成更大的區(qū)域性環(huán)境影響，產生更多、更大、更復雜的地面沉陷問題。為了礦區(qū)的可持續(xù)性發(fā)展， “十二五”期間我國將建成十個礦區(qū)監(jiān)測示范區(qū)，建立國家級礦區(qū)地質環(huán)境動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)，建立定期監(jiān)測與應急監(jiān)測相結合的國家、地方和礦山企業(yè)三級監(jiān)測體系，建設全國礦山地質環(huán)境動態(tài)監(jiān)測信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫，以實現(xiàn)對我國礦山地質環(huán)境動態(tài)變化趨勢的有效監(jiān)控， 而采用新技術和新方法來監(jiān)測、分析和治理礦區(qū)地表沉陷是重要任務之一。通過激光三維掃描獲取空間信息的技術又稱“實景復制技術”，它可以對復雜的環(huán)境及空間進行掃描操作，并直接將各種大型的、復雜的、不規(guī)則、標準或非標準的實體或實景的三維數(shù)據(jù)完整的采集到計算機中，進而重構出目標的三維模型以及點、線、面、體、空間等各種制圖數(shù)據(jù)。激光三維掃描是集光、機、電和計算機于一體的非接觸測量技術，激光掃描測量技術具有測量速度快、自動化程度高、分辨率高、可靠性高和相對精度高的特點，與傳統(tǒng)測量方式相比具有很大的優(yōu)越性，顯著地提高了生產效率和質量，是最直接的、最具潛力的三維模型數(shù)據(jù)自動獲取技術。我們認為，將快速機動的車載移動測量與高分辨率、高精度激光測量技術進行高效集成，不受時間和空間限制，多角度、多分辨率、高效、高精度、快速機動地獲取地表沉陷信息，快速識別并提取沉陷區(qū)范圍變化、最大下沉區(qū)變化、下沉速度變化等特征信息，是礦區(qū)開采沉陷自動監(jiān)測的可行途徑。參考文獻[I]劉國林，張連蓬，成樞，等.合成孔徑雷達干涉測量與全球定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合監(jiān)測礦區(qū)地表沉降的可行性分析[J].測繪通報，2005，(11) 10-13[2]吳立新，王金莊，劉延安，等.建(構)筑物下采煤條帶理論與實踐[M]·北京 中國礦業(yè)大學出版社，1994[3]何國清，楊倫，凌庚娣，等.礦山開采沉陷學[M].徐州中國礦業(yè)大學出版社， 1991[4]吳侃，靳建明.時序分析在開采沉陷動態(tài)參數(shù)預計中的應用[J].中國礦業(yè)大學學報，2000，29 (4) :413-415[5]周復旦，趙長勝，丁佩，李定鵬.開采沉陷預計在礦區(qū)土地復墾中的應用[J]. 金屬礦石，2010，(10) =147-150[6]吳立新，殷作如，鄧智毅，等.論21世紀的礦山——數(shù)字礦山[J].煤炭學報， 2000，25(4) :337-342[7]鄭彬，郭文兵，桑培淼.我國開采沉陷動態(tài)過程的研究現(xiàn)狀與展望[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2009，(3) 11-13[8]蔡福祿.GPS-RTK技術用于開采沉陷觀測試驗數(shù)據(jù)處理及精度分析[J].礦山測量，2010，(4) 31-33[9]陳基偉.GPS-InSAR合成方法進行地面沉降研究與展望[J].遙感信息，2003，
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發(fā)明內容
本發(fā)明集成了激光三維掃描測量單元(I)、激光點測距單元(2)、激光線測量單元
(3)、IMU單元(4)、差分GPS單元及主天線(5)、GPS第二天線(6)、車輪編碼器(7)、控制計算機⑶、數(shù)據(jù)采集計算機(9)、發(fā)電機(10)、載體車(11)以及控制電路、供電線路和網(wǎng)絡通信線路等設備實現(xiàn)“礦區(qū)沉陷車載式激光測量方法”。如圖I所示，IMU安裝于車頂中央⑷，差分GPS接收機及天線(5)位于其上，GPS 第二天線(6)安裝在車頭，車輪編碼器(7)以聯(lián)軸方式安裝在載體車左后輪上。使用I臺掃描范圍角為90°的三維掃描測量單元(I)，精度lcm，測距80m，每秒可獲取50萬個三維點信息，安裝在車頂前方，沿途獲取地物高分辨率點云數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對礦區(qū)沉陷區(qū)的高分辨率高精度三維建模。集成了加速度計的激光線掃描傳感器(3)安裝在車底盤前部，激光線測量范圍與車底盤寬度一致，監(jiān)測車行駛過程中，基于激光三角測量原理，激光線掃描車底地表區(qū)域，兩臺CCD相機從左右方向拍攝激光線輪廓，根據(jù)激光線輪廓變化并結合加速度值， 解算出地表沉陷數(shù)值。在車體的兩側設置2臺激光測距傳感器(2)，測量速度50kHz，精度優(yōu)于0. 15mm，再現(xiàn)性0. 2 μ m，測距l(xiāng)m，用于測量地面與車體的距離。MU單元(4)、差分GPS 接收機及天線(5)、GPS第二天線(6)分別用來測量載體車的姿態(tài)和位置。激光單點測距傳感器、激光線掃描傳感器，以及LiDAR三維測量儀獲取的車體與地面的距離、位姿數(shù)據(jù)及加速度信息相融合，得到沉陷區(qū)地表的數(shù)字高程模型。如圖2所示，礦區(qū)沉陷車載式激光測量方法主要包括4個方面I)礦區(qū)沉陷車載式激光測量的運動狀態(tài)模型礦區(qū)沉陷車載式激光測量系統(tǒng)中，載體車與各種傳感器通過高強度的機械零件連接成一個剛性體，即所有傳感器在載體車上的安裝位置與姿態(tài)是固定的，在載體車運動過程中，它們之間的位置和姿態(tài)也是不變的。因此可以將礦區(qū)沉陷車載式激光測量系統(tǒng)的運動按照剛體運動來進行分析。礦區(qū)沉陷車載式激光測量系統(tǒng)的運動狀態(tài)可用一個十八維的向量來表示
M = {Sx,Sy,Sz,Rx,Ry,Rz, Vx，Vy，V:, ωχ，ωγ, ω:, as，ay，α:, τσχ，my, m_}在剛體運動的慣性坐標系(空間直角坐標系)內，(Sx, Sy, SZ)T為礦區(qū)沉陷車載式激光測量系統(tǒng)的空間位移向量，(Rx，Ry，Rz)T為姿態(tài)向量，(Vx，Vy，Vz)T為速度向量，(ωχ，Wy,
ωζ)τ為角速度向量，(ax，ay，az)T為加速度向量，( 為角加速度向量。根據(jù)運動學關于位移、速度和加速度的關系有
^ ^χ νλΜ/T . V \ V01 r71 ΩνV+O,=+v0yt+UzJ50ζ K0JVJt \ 0 JSla ^dt\根據(jù)剛體運動動力學分析，位移對時間的一階導數(shù)是速度、二階導數(shù)是加速度，剛體在空間中的運動軌跡是平滑的，即一階導數(shù)和二階導數(shù)是連續(xù)的，因為剛體的速度和加速度不可能是無窮大的。根據(jù)運動學關于角位移、角速度和角加速度的關系有
IX (,M^ X \ O^t、RRy 八0+-Ry 八0+ωζ +\[^y{t)dt2Rl V0/K jOR: \ 0 JSlm ^dt\根據(jù)剛體運動動力學分析，角位移對時間的一階導數(shù)是角速度、二階導數(shù)是角加速度，剛體在空間中的姿態(tài)變化是平滑的，即一階導數(shù)和二階導數(shù)是連續(xù)的。從剛體的運動動力學分析可以看出，剛體在運動過程中，在一個時刻只可能在一個空間位置和姿態(tài)出現(xiàn)， 從而實現(xiàn)了礦區(qū)沉陷車載式激光測量系統(tǒng)運動的時間和空間的統(tǒng)一。2)基于GPS/MU/加速度計組合的顛簸誤差補償模型礦區(qū)沉陷區(qū)地形比較復雜，車載平臺行駛過程中不可避免地會出現(xiàn)起伏顛簸，因此在激光測量數(shù)據(jù)中消除掉車體顛簸影響是準確測量地表高程信息的關鍵。本發(fā)明基于 GPS/IMU/加速度計組合測量，通過差分改正解算出車載平臺移動過程中的精確位姿參數(shù)。(I)GPS定位的基本數(shù)據(jù)模型p/ (O = P； (/) + Δρ/ (/) + cSt, (0+ Δ{人(/) + Δ( 7. ( )其中片(O為觀測歷元t時刻，衛(wèi)星j至接收機i之偽距；P!⑴為觀測歷元t時刻，衛(wèi)星j至接收機i之幾何距離；Δρ/ 為觀測歷元t時刻，衛(wèi)星j軌道誤差對偽距的影響；δ \ (t)為觀測歷元t時刻，接收機i相對于GPS標準時間之鐘差；c為光速；Aijg G)為觀測歷元t時刻，電離層折射對偽距的影響；為觀測歷元t時刻，對流層折射對偽距的影響。
其中，GPS定位的主要誤差來源有GPS衛(wèi)星誤差、信號傳播誤差和信號接收誤差。 與GPS衛(wèi)星有關的誤差包括衛(wèi)星鐘差、衛(wèi)星的軌道誤差?？刂拼隧椪`差要建立GPS差分系統(tǒng)，引入差分信號加以削弱或消除。信號傳播誤差主要來自電離層折射誤差、多路徑效應的影響和對流層折射的影響。這些涉及到GPS設備及工作環(huán)境，通過差分技術可減少部分影響，同時要考慮GPS接收機的性能。與接收機有關的誤差包括接收機鐘差、觀測誤差和載波相位觀測值的整周模糊度影響?？衫闷渌鼈鞲衅餍Ｕ?、重復觀測、多源數(shù)據(jù)聯(lián)合解算等方法加以控制。(2) IMU姿態(tài)誤差模型IMU姿態(tài)誤差主要來源于三軸陀螺和三軸加速度計的積分誤差
權利要求
1.一種礦區(qū)沉陷車載式激光測量方法，其特征在于，礦區(qū)沉陷車載式激光測量系統(tǒng)由激光三維掃描測量單元(I)、激光點測距單元(2)、激光線測量單元(3) UMU單元(4)、差分 GPS單元及主天線(5)、GPS第二天線(6)、車輪編碼器(7)、控制計算機(8)、數(shù)據(jù)采集計算機(9)、發(fā)電機(10)、載體車(11)以及控制電路、供電線路和網(wǎng)絡通信線路等設備構成。
2.根據(jù)權利要求I所述的礦區(qū)沉陷車載式激光測量方法，其特征在于，IMU安裝于車頂中央(4)，差分GPS接收機及天線(5)位于其上，GPS第二天線(6)安裝在車頭，車輪編碼器(7)以聯(lián)軸方式安裝在載體車左后輪上。使用I臺掃描范圍角為90°的激光三維掃描測量單元(I)，精度1cm，測距80m，每秒可獲取50萬個三維點信息，安裝在車頂前方，沿途獲取地物高分辨率點云數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對礦區(qū)沉陷區(qū)的高分辨率高精度三維建模。
3.根據(jù)權利要求I所述的礦區(qū)沉陷車載式激光測量方法，其特征在于，集成了加速度計的激光線掃描傳感器(3)安裝在車底盤前部，激光線測量范圍與車底盤寬度一致，監(jiān)測車行駛過程中，基于激光三角測量原理，激光線掃描車底地表區(qū)域，兩臺CCD相機從左右方向拍攝激光線輪廓，根據(jù)激光線輪廓變化并結合加速度值，解算出地表沉陷數(shù)值。
4.根據(jù)權利要求I所述的礦區(qū)沉陷車載式激光測量方法，其特征在于，在車體的兩側設置2臺激光測距傳感器(2)，測量速度50kHz，精度優(yōu)于O. 15mm,再現(xiàn)性O. 2 μ m,測距Im, 用于測量地面與車體的距離。IMU單元(4)、差分GPS接收機及天線(5)、GPS第二天線(6) 分別用來測量載體車的姿態(tài)和位置。激光單點測距傳感器、激光線掃描傳感器，以及LiDAR 三維測量儀獲取的車體與地面的距離、位姿數(shù)據(jù)及加速度信息相融合，得到沉陷區(qū)地表的數(shù)字高程模型。
5.根據(jù)權利要求2、3和4所述的礦區(qū)沉陷車載式激光測量方法，其特征在于，激光三維點云、激光線掃描數(shù)據(jù)與激光點測距值的融合與沉陷區(qū)地形高精度三維重建方法。針對礦區(qū)沉陷特點，以及激光三維掃描儀、激光線掃描數(shù)據(jù)、激光點測距數(shù)據(jù)特點與信息特征激光點測距系統(tǒng)能精確獲取行駛路線上縱斷面上的2個地表點數(shù)據(jù)，精度優(yōu)于O. 15mm ;激光線掃描系統(tǒng)的測量范圍可覆蓋整個載體車底盤范圍，獲取的是在掃描平面內，被測對象表面相對激光線掃描系統(tǒng)測量原點的位置坐標，精度可達1_。車載激光三維掃描儀系統(tǒng)能遠距離、大范圍、快速獲取沉陷區(qū)域高分辨率點云信息，精度可達1cm。
6.根據(jù)權利要求5所述的礦區(qū)沉陷車載式激光測量方法，其特征在于，對礦區(qū)沉陷區(qū)域地表點高程信息的兩次測量結果進行求差，可精確解算出沉陷量，實現(xiàn)高效(速度O 60Km/h)、高分辨率(沉陷數(shù)據(jù)采樣間隔小于lm，沉陷數(shù)據(jù)的空間定位精度優(yōu)于5m)、大范圍 (激光測量范圍可覆蓋行駛路線周圍80m范圍)、高精度(沉陷監(jiān)測精度達到Icm)的礦區(qū)沉陷自動監(jiān)測。
7.根據(jù)權利要求6所述的礦區(qū)沉陷車載式激光測量方法，其特征在于，礦區(qū)沉陷區(qū)地形比較復雜，車載平臺行駛過程中不可避免地會出現(xiàn)起伏顛簸，因此在激光測量數(shù)據(jù)中消除掉車體顛簸影響是準確測量地表高程信息的關鍵。本發(fā)明基于GPS/MU/加速度計組合測量，建立了基于GPS/MU/加速度計組合的顛簸誤差補償模型，通過差分改正解算出車載平臺移動過程中的精確位姿參數(shù)。
8.根據(jù)權利要求7所述的基于GPS/IMU/加速度計組合的顛簸誤差補償模型，其特征在于，需要建立GPS定位的基本數(shù)據(jù)模型、IMU姿態(tài)誤差模型和集成加速度計的慣性補償模型。其中，激光測量值是沉陷區(qū)縱斷面高程信息和車體的顛簸的綜合，在測量過程中使用GPS/IMU測定車載平臺的位置與姿態(tài)參數(shù)后，利用加速度計測量出載體車體運動過程中激光傳感器的顛簸偏移量；將集成在各傳感器上的加速度計測量得到的加速度值對時間進行二次積分，建立慣性補償模型，然后基于慣性補償模型，對測得的激光測量值和加速度值進行有效融合和誤差校正，對激光傳感器獲取的數(shù)據(jù)進行濾波，消除顛簸誤差，最終實現(xiàn)沉陷區(qū)地表點高程信息的移動測量和高精確解算。
9.根據(jù)權利要求8所述的激光三維點云、激光線掃描數(shù)據(jù)與激光點測距值的融合與沉陷區(qū)地形高精度三維重建方法，其特征在于，在對車輛運動進行動力學分析的基礎上，建立了基于多項式擬合的車輛運行軌跡處理方法、礦區(qū)沉陷車載式激光測量系統(tǒng)的運動狀態(tài)模型、基于GPS/MU/加速度計組合的顛簸誤差補償模型方法、將激光三維點云、激光線掃描數(shù)據(jù)與激光點測距高程信息進行高效高精度融合，整體提高沉陷測量數(shù)據(jù)精度，實現(xiàn)快速、 多角度、高分辨率、高精度地沉陷區(qū)地表三維重建。
10.根據(jù)權利要求9所述的礦區(qū)沉陷車載式激光測量方法，其特征在于，礦區(qū)沉陷快速高精度動態(tài)監(jiān)測與空間三維分析方法。利用“礦區(qū)沉陷車載式激光測量系統(tǒng)”對礦區(qū)沉陷區(qū)進行連續(xù)觀測的基礎上，建立沉陷區(qū)地表高精度三維模型，依據(jù)時間序列進行地表高程差異檢測，自動識別出發(fā)生沉陷的區(qū)域，提取出沉陷特征，實現(xiàn)礦區(qū)沉陷快速高精度三維動態(tài)監(jiān)測。在沉陷區(qū)域內建立礦區(qū)沉陷三維可視化模型，對觀測點在水平、垂直以及任意方向上的空間三維移動向量及變形曲線進行分析；針對礦區(qū)沉陷情況的空間三維評估方法，實現(xiàn)對沉陷范圍變化、最大下沉區(qū)變化、下沉速度變化的時間序列分析和空間三維分析評估。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種面向礦區(qū)開采造成的地表沉陷監(jiān)測需求，車載式激光三維掃描儀、激光線掃描系統(tǒng)與激光點測距系統(tǒng)高效集成的礦區(qū)沉陷車載式激光測量方法。利用本發(fā)明對礦區(qū)沉陷區(qū)進行連續(xù)觀測，建立沉陷區(qū)地表高精度三維模型，基于時間序列進行地表高程差異檢測，自動識別出沉陷區(qū)域，提取出沉陷特征；進而建立礦區(qū)沉陷三維可視化模型，對觀測點在水平、垂直以及任意方向上的空間三維移動向量及變形曲線進行分析，實現(xiàn)對沉陷范圍變化、最大下沉區(qū)變化、下沉速度變化的時間序列分析和空間三維分析評估，為礦區(qū)地質環(huán)境的監(jiān)測及恢復治理提供決策依據(jù)。
文檔編號G01C5/00GK102607512SQ201110026660
公開日2012年7月25日 申請日期2011年1月25日 優(yōu)先權日2011年1月25日
發(fā)明者吳立新, 王植 申請人:吳立新, 王植