一種基于新型雷達(dá)和傳感器技術(shù)的礦山管理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于新型雷達(dá)和傳感器技術(shù)的礦山管理方法，可獲得觀測(cè)區(qū)域比較準(zhǔn)確的高分辨圖像，獲得比較精確的觀測(cè)區(qū)域內(nèi)觀測(cè)物距離、尺寸信息，且可獲得觀測(cè)物的形變、沉降信息，相比較傳統(tǒng)的光學(xué)遙感、測(cè)繪技術(shù)，雷達(dá)具備以下優(yōu)點(diǎn)：觀測(cè)區(qū)域大，作用距離遠(yuǎn)，雷達(dá)測(cè)繪距離最大可達(dá)數(shù)公里，擁有同樣觀測(cè)距離的光學(xué)設(shè)備價(jià)格十分昂貴，且觀測(cè)范圍亦不及雷達(dá)；可靠性高，雷達(dá)設(shè)備無(wú)精密敏感部件暴露在外，因而不易損壞，亦無(wú)須特殊維護(hù)要求，一般光學(xué)測(cè)繪設(shè)備的鏡頭需要特殊維護(hù)；晝、夜均可正常工作，而一般光學(xué)測(cè)繪設(shè)備則需要觀測(cè)區(qū)域有一定的光照強(qiáng)度；對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力較高，一般的雨、霧、雪、煙、塵等天氣或環(huán)境下均可正常工作。
【專利說(shuō)明】一種基于新型雷達(dá)和傳感器技術(shù)的礦山管理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于礦山管理領(lǐng)域，具體涉及一種基于新型雷達(dá)和傳感器技術(shù)的礦山管理方法。

【背景技術(shù)】
[0002]尾礦庫(kù)是指筑壩攔截谷口或圍地構(gòu)成的，用以堆存金屬或非金屬礦山進(jìn)行礦石選別后排出尾礦泥或其他工業(yè)廢渣的場(chǎng)所。尾礦庫(kù)是礦山企業(yè)最大的環(huán)境保護(hù)工程項(xiàng)目?？梢苑乐刮驳V向江、河、湖、海沙漠及草原等處任意排放。一個(gè)礦山的選礦廠只要有尾礦產(chǎn)生，就必須建有尾礦庫(kù)，尾礦庫(kù)是礦山選礦廠生廣必不可少的組成部分。尾礦庫(kù)是一個(gè)具有聞勢(shì)能的人造泥石流的危險(xiǎn)源，在長(zhǎng)達(dá)十多年甚至數(shù)十年的期間里，各種自然的(雨水、地震、鼠洞等)和人為的(管理不善、工農(nóng)關(guān)系不協(xié)調(diào)等)不利因素時(shí)時(shí)刻刻或周期性地威脅著它的安全。這些尾礦數(shù)量巨大，含有暫時(shí)不能處理的有用或有害成分，隨意排放，將會(huì)造成資源流失，大面積覆沒(méi)農(nóng)田或淤塞河道，污染環(huán)境。事實(shí)一再表明，尾礦庫(kù)一旦失事，將給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及下游人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大的災(zāi)害和損失。世界各國(guó)都非常重視尾礦庫(kù)的安全，一些發(fā)達(dá)國(guó)家都把對(duì)尾礦庫(kù)的安全列為該國(guó)勞動(dòng)部門安全監(jiān)察的重要內(nèi)容。
[0003]我國(guó)存在著大量廢棄的尾礦庫(kù)、排土場(chǎng)、露采坑以及因采礦破壞的荒山荒地。新中國(guó)建立后，尾礦庫(kù)工程專業(yè)隊(duì)伍從無(wú)到有，現(xiàn)已擁有尾礦工程科研、勘察、設(shè)計(jì)、施工與生產(chǎn)管理的各類人才，且專業(yè)齊全、水平較高、素質(zhì)過(guò)硬。在尾礦濃縮與輸送的理論研究和新型高效設(shè)備的應(yīng)用，高堆壩滲流與穩(wěn)定分析的理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐，降低壩內(nèi)浸潤(rùn)線增加壩體穩(wěn)定的理論與實(shí)踐，巖溶區(qū)和地震區(qū)的尾礦庫(kù)建設(shè)，尾礦水處理，尾礦壩觀測(cè)系統(tǒng)，中線法和下游法筑壩工藝研究和實(shí)踐，細(xì)泥筑壩理論與實(shí)踐，排水系統(tǒng)、復(fù)墾和尾礦的綜合利用等方面都達(dá)到了很高水平。
[0004]傳統(tǒng)測(cè)量方法是根據(jù)事先埋設(shè)的地標(biāo)目測(cè)或人工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，這種方法人工消耗較大，不便于連續(xù)監(jiān)測(cè)，對(duì)操作人員也存在安全隱患。近年來(lái)出現(xiàn)的測(cè)量方法是利用庫(kù)區(qū)水位高程，結(jié)合干灘坡度計(jì)算獲得，由于分散排放的坡度不夠均勻，測(cè)量準(zhǔn)確度并不理想。
[0005]坡度推算法
坡度推算法采用干灘高程(包括灘頂和干灘上)采用超聲波測(cè)量法(或其他測(cè)高程方法)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在尾礦庫(kù)干灘上設(shè)置多個(gè)剖面，每個(gè)剖面設(shè)兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其中第一監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在靠近壩體的干灘灘頂處，第二監(jiān)測(cè)點(diǎn)則對(duì)應(yīng)地設(shè)置在從壩體向庫(kù)區(qū)水位方向按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的距離位置。在設(shè)定的監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)立桿，安裝超聲波液位計(jì)，預(yù)先測(cè)定好液位計(jì)的高程及相對(duì)距離，通過(guò)測(cè)量液位計(jì)距灘面的高度來(lái)計(jì)算干灘高程，求出出干灘坡度，再結(jié)合水面高度來(lái)計(jì)算干灘長(zhǎng)度、安全超高等信息。該方式實(shí)現(xiàn)了尾礦庫(kù)干灘數(shù)據(jù)在各種惡劣條件下的自動(dòng)化采集，實(shí)現(xiàn)了尾礦庫(kù)干灘數(shù)據(jù)、安全高差、調(diào)洪高差在各種條件下的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。但這種方法的缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的，干灘測(cè)量一般需要取多個(gè)剖面，獲得多個(gè)剖面的測(cè)量結(jié)果，然后取其中最小值作為干灘長(zhǎng)度。采用這種方法需要部署數(shù)量龐大的安裝桿，無(wú)論是工程安裝上、還是成本上都存在缺陷。還有激光折線推斷法，該方式通過(guò)固定在干灘頂部邊兩頭的兩根直桿，其中第一根直桿頂端設(shè)置一字線激光器，使其發(fā)出的線性激光照射在第一根直桿和干灘斜坡上，形成激光亮線，其中，在干灘斜坡上形成的亮線與干灘頂部的邊垂直；第二根直桿頂端設(shè)置有CCD光電器件，使其靶面接收到一字線激光器照射在第一根直桿和干灘斜坡上的激光亮線的漫反射光，顯示反應(yīng)直桿上的亮線和干灘斜坡上的亮線的線性激光折線。通過(guò)提取CCD光電器件靶面上的光折線信息得到折線的夾角，用激光三角法求得折線的夾角與干灘坡度之間的關(guān)系，進(jìn)而求得干灘的坡度；通過(guò)折線在CCD光電器件靶面上的位置變化，水位的高程值以及測(cè)出的干灘坡度可求出干灘的長(zhǎng)度。
[0006]光學(xué)圖像識(shí)別法
光學(xué)成像自動(dòng)識(shí)別水線的立體幾何測(cè)量的方法基于圖像識(shí)別，應(yīng)用圖像識(shí)別技術(shù)將尾礦庫(kù)干灘圖像二值化，從而使干灘圖像變得簡(jiǎn)單，而且數(shù)據(jù)量減小，并能凸顯出尾礦壩壩體及干灘的輪廓。其次，將二值化后的干灘圖像進(jìn)行處理與分析，利用像素檢測(cè)技術(shù)計(jì)算分析干灘高度，進(jìn)而分析出需要的精確數(shù)據(jù)結(jié)果。最后利用識(shí)別出的干灘高度與斜率計(jì)算出尾礦壩的干灘長(zhǎng)度。
[0007]在氣象條件較好時(shí)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量，在成像質(zhì)量欠佳時(shí)需要操作人員進(jìn)行交互，對(duì)實(shí)時(shí)采集的干灘畫面人工劃定水線，即可自動(dòng)計(jì)算出當(dāng)前干灘長(zhǎng)度。
[0008]利用光學(xué)圖像識(shí)別技術(shù)對(duì)尾礦庫(kù)干灘圖像的準(zhǔn)確分割，分析計(jì)算后所得數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，計(jì)算出的干灘長(zhǎng)度，實(shí)時(shí)性較強(qiáng)，滿足了對(duì)尾礦壩干灘長(zhǎng)度的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)要求。
[0009]這種方式可以同時(shí)監(jiān)測(cè)一大片區(qū)域，但是光學(xué)設(shè)備的測(cè)量精度并不是十分高，而且易受煙、霧、雨、雪、光照等氣候條件與環(huán)境條件的影響，使用上會(huì)受到較大的限制。
[0010]全站儀測(cè)角測(cè)距法
采用全站儀進(jìn)行角度、距離測(cè)量進(jìn)行干灘監(jiān)測(cè)的方式具有非接觸式測(cè)量，精度高等特點(diǎn)，結(jié)合水位數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)得到灘頂高程、安全超高、干灘坡度和最小干灘長(zhǎng)度等信息。原理如下:1.在灘頂合適位置安裝一臺(tái)全站儀，通過(guò)遠(yuǎn)程控制儀器對(duì)干灘進(jìn)行測(cè)量得到上圖所示三角形中最頂上的角度、邊長(zhǎng)，通過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)計(jì)算即可求出該三角形的所有因素；
2.利用數(shù)學(xué)計(jì)算求得干灘坡度、長(zhǎng)度；
3.由于儀器所在位置的高程已知，可求出灘頂高程，結(jié)合庫(kù)水位高程即可求得安全超聞;
4.通過(guò)儀器水平方向上的測(cè)角測(cè)距可實(shí)現(xiàn)多個(gè)干灘監(jiān)測(cè)剖面的監(jiān)測(cè)，通過(guò)比較即可獲得最小干灘長(zhǎng)度等所需信息。
[0011]近景立體攝影測(cè)量技術(shù)
該方式基于近景立體攝影測(cè)量技術(shù)，通過(guò)視頻終端捕捉干灘圖像，采用近景立體攝影測(cè)量原理，根據(jù)圖像特征提取和影像匹配的結(jié)果，在立體影像上進(jìn)行目標(biāo)點(diǎn)量測(cè)和定位等，結(jié)合水位等其他基礎(chǔ)數(shù)據(jù)解算干灘長(zhǎng)度、灘頂高程、干灘坡度、測(cè)點(diǎn)高程等數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)原理如下:
1.為了精確地解算影像的定向參數(shù)，需在尾礦庫(kù)的壩頂、干灘、澄清水、山頂?shù)葴y(cè)區(qū)周邊位置處按照三維、均勻布設(shè)原則放置控制標(biāo)志；
2.利用全站儀、經(jīng)緯儀對(duì)所布設(shè)的控制標(biāo)志進(jìn)行聯(lián)測(cè)，建立控制基準(zhǔn)；
3.在合適位置進(jìn)行立體攝影；4.對(duì)立體攝影進(jìn)行線、面特征的提取與識(shí)別:
為了確定與識(shí)別澄清水與干灘之間的分界線，采用線特征提取法對(duì)其進(jìn)行識(shí)別與提取，提取出分界線特征后，采用邊緣細(xì)化與跟蹤方法，提取出分界線。
[0012]對(duì)于影像定向參數(shù)的解算和目標(biāo)點(diǎn)的定位采用直接線性變換方法，直接線性變換公式為:

【權(quán)利要求】
1.一種基于新型雷達(dá)和傳感器技術(shù)的礦山管理方法，包括:步驟一:使用雷達(dá)監(jiān)測(cè)尾礦庫(kù)干灘長(zhǎng)度，雷達(dá)安置部署在固定位置，雷達(dá)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行掃描，形成的二維圖像，從二維圖像中科分辨出水線、干灘輪廓線，雷達(dá)圖像不同于光學(xué)圖像，雷達(dá)圖像中包含有精確的距離信息，雷達(dá)實(shí)際監(jiān)測(cè)區(qū)域?yàn)槔走_(dá)照射正面的扇形區(qū)域，雷達(dá)成像后的每一個(gè)分辨單元同樣是扇形，經(jīng)過(guò)幾何校正，雷達(dá)圖像可形成類似于一般光學(xué)圖像的效果； 步驟二:基于雷達(dá)成像技術(shù)連續(xù)獲得監(jiān)測(cè)區(qū)域的二維圖像后，利用雷達(dá)圖像中的相位信息可解算出尾礦庫(kù)壩體的位移量，采用這種技術(shù)的尾礦庫(kù)壩體形變監(jiān)測(cè)精度取決于圖像的信噪比，可使用強(qiáng)散射的角反射器安裝在需要監(jiān)測(cè)的位置上，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的散射效果，提高圖像的局部信噪比，此時(shí)可獲得亞毫米級(jí)別的位移監(jiān)測(cè)精度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于新型雷達(dá)和傳感器技術(shù)的礦山管理方法，其特征在于雷達(dá)部署在一定的高度，向下俯視掃描所需監(jiān)測(cè)的尾礦庫(kù)區(qū)域，利用水線到干灘頂部的距離信息、雷達(dá)的照射角即可結(jié)算出精確的干灘長(zhǎng)度，并可得出監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)干灘所有剖面的干灘長(zhǎng)度，取其中最小者即為最小干灘長(zhǎng)度。
【文檔編號(hào)】G01V3/12GK104181606SQ201310199236
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2013年5月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月24日
【發(fā)明者】黃云, 鄧露, 陳宇亮, 吳陽(yáng)香 申請(qǐng)人:黃云