CN112033389A - 一种沟壑地形条件下变形沉降监测方法 - Google Patents

一种沟壑地形条件下变形沉降监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种沟壑地形条件下变形沉降监测方法，包括监测装置，监测装置包括无人机，无人机上挂载机载云台，机载云台上挂载有GPS定位***、惯性导航***、扫描仪和高清相机。监测方法包括对被测沟壑地形区域进行踏勘；进行无人机飞行航线规划；进行无人机试飞数据采集和航线修正；根据飞行测量航线进行驻桩；数据采集，对数据进行处理、整理和存档。本发明提供的沟壑地形条件下变形沉降监测方法，利用无人机搭载测量设备对沟壑地形进行测量，具有测量效率高，测量精度高，安全可靠的效果。本发明通过无人机飞行对被测区域进行地形数据采集，并将采集到的数据进行处理分析，最终能够精确的反应出沟壑地形的形变沉降的变化。

Description

一种沟壑地形条件下变形沉降监测方法
技术领域
本发明涉及沟壑地形测量领域，具体涉及一种沟壑地形条件下变形沉降监测方法。
背景技术
我国煤矿开采大都处于偏远的山区，沟壑地形为主。在沟壑地形条件下的测量工作条件就格外艰苦，工作人员时常需要夸沟壑进行测量，因而对人员和设备都是高风险作业状态。而且由于地形和环境等因素导致数据精度低，工作效率低、人员财产安全性低，因此，需要一种快速高效高精度测量的方法，更加精准的测量出沟壑地形的变形沉降数据。
到现在为止，沟壑地形的测量还是通过传统的测量方式，用全站仪测量法或者使用RTK测量法进行测量，都需要工作人员实地测量，沟壑地形环境相对复杂，对工作人员和设备都存在极大的危险。而且测量数据精度低，不能够精确反应处沟壑地形的形变沉降的变化。
发明内容
针对现有的对沟壑地形的测量存在的测量精度低，测量难度大的问题，本发明涉及了一种沟壑地形条件下变形沉降监测方法。
本发明采用以下的技术方案：
一种沟壑地形条件下变形沉降监测方法，包括监测装置，监测装置包括无人机，无人机上挂载机载云台，机载云台上挂载有GPS定位***、惯性导航***、扫描仪和高清相机，监测方法包括以下步骤：
步骤1：对被测沟壑地形区域进行踏勘；
步骤2：进行无人机飞行航线规划；
步骤3：进行无人机试飞数据采集和航线修正；
步骤4：根据飞行测量航线进行驻桩；
步骤5：数据采集，对数据进行处理、整理和存档。
优选地，步骤1中的踏勘包括：有路的地方顺着路进行踏勘，无路的地方站在至高点进行四周环视踏勘。
优选地，无人机飞行航线规划的原则是：
单次起降架次覆盖区域为矩形，航线为长航线，根据激光雷达视场角和飞机距离地面的高度做到地表全覆盖，主航线地表点云重叠率在10％～20％之间。
优选地，无人机试飞数据采集和航线修正具体包括：GPS定位***进行无人机定位，惯性导航***采集姿态信息，扫描仪采集点云信息，高清相机采集影像信息；
采集到的数据由工控机进行数据存储，数据采集完成后，对数据质量进行查看，如果采集的数据符合无人机飞行航线规划的原则及无死角测量原则，则确定为被测沟壑地形区域的飞行航线，如果采集的数据不符合无人机飞行航线规划的原则及无死角测量原则，则重新进行步骤3和步骤4。
优选地，驻桩的要求为桩体表面及上方无遮挡，桩体在被测沟壑地形区域内合理分布，桩体必须被激光雷达测量到，桩体的上表面布设激光雷达靶标图案。
优选地，步骤5包括：
按照一定的时间周期，对被测沟壑地形区域按照既定的飞行航线进行数据采集；
每次数据采集使用同一飞行航线，同一基站控制点；
对采集到的数据进行数据处理，将数据进行完整拼接和高程修正，形成整体点云数据；
数据的拼接是根据驻桩进行的，同时完成数据的高程修正，在单次数据采集飞行中，由于时间间隔短，设定变形沉降为0，忽略飞行期间的变形沉降值；
初次采集的数据作为后期采集数据的对比原始值或初始值，即默认为真值；
进行多期数据的对比分析，数据对比的基础是整体数据包含了不会发生变形沉降的数据，即，整体数据包含有沉降区监测外不受开采沉陷影响的默认为不发生变形沉降的区域，这部分数据为符合校准数据，每期数据的这部分数据进行完整符合，这部分数据符合后，其余部分数据发生的变化为变形沉降值。
本发明具有的有益效果是：
本发明提供的沟壑地形条件下变形沉降监测方法，利用无人机搭载测量设备对沟壑地形进行测量，采用了遥感非接触式数据采集手段，相比于传统的测量方式，本发明具有测量效率高，测量精度高，安全可靠的效果。本发明不需要工作人员进行实地测量，通过无人机飞行对被测沟壑地形区域进行地形数据采集，并将采集到的数据进行处理分析，最终能够精确的反应出沟壑地形的形变沉降的变化。另外，本发明的点云数据能够作为模型行进行历史性查看，能够对当时的地形地貌进行模型重建，还原当时的情景，使情景重现。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：
结合图1，一种沟壑地形条件下变形沉降监测方法，包括监测装置，监测装置包括无人机，无人机上挂载机载云台，机载云台上挂载有GPS定位***、惯性导航***、扫描仪和高清相机，监测方法包括以下步骤：
步骤1：对被测沟壑地形区域进行踏勘。
踏勘具体包括：有路的地方顺着路进行踏勘，无路的地方站在至高点进行四周环视踏勘。
踏勘的目的是：初步熟悉地表环境，大体了解落差，和高点障碍物，为航线设计做前期指导工作。
步骤2：进行无人机飞行航线规划。
无人机飞行航线规划的原则是：
单次起降架次覆盖区域为矩形，航线为长航线为主，根据激光雷达视场角和飞机距离地面的高度做到地表全覆盖，主航线地表点云重叠率在10％～20％之间。
步骤3：进行无人机试飞数据采集和航线修正。
具体包括：GPS定位***进行无人机定位，惯性导航***采集姿态信息，扫描仪采集点云信息，高清相机采集影像信息；
采集到的数据由工控机进行数据存储，数据采集完成后，对数据质量进行查看，如果采集的数据符合无人机飞行航线规划的原则及无死角测量原则，则确定为被测沟壑地形区域的飞行航线，如果采集的数据不符合无人机飞行航线规划的原则及无死角测量原则，则重新进行步骤3和步骤4。
步骤4：根据飞行测量航线进行驻桩。
驻桩的要求为桩体表面及上方无遮挡，桩体在被测沟壑地形区域内合理分布，桩体必须被激光雷达测量到，桩体的上表面布设激光雷达靶标图案。要注意桩体要被不同航次和相邻航线采集到，使得每条航线都有共同的桩体。驻桩的主要作用就是使得相邻航线的数据有相互修正公共点。
步骤5：数据采集，对数据进行处理、整理和存档。
数据的处理最为要点，所有数据要进行整理，点云数据必须形成完整的全覆盖地表面的一层点云。
具体包括：
按照一定的时间周期，对被测沟壑地形区域按照既定的飞行航线进行数据采集。
每次数据采集使用同一飞行航线，同一基站控制点，无人机搭载相同的测量设备。
在飞行获得的数据由于飞行采集时无人机的机械振动影响使得高程数据或平面数据精度达不到完美拼接的，对采集到的数据进行数据处理，将数据进行完整拼接和高程修正，形成整体点云数据。然后进行多期数据的对比分析。
数据的拼接是根据驻桩进行的，同时完成数据的高程修正，在单次数据采集飞行中，由于时间间隔短，设定变形沉降为0，忽略飞行期间的变形沉降值。
初次采集的数据作为后期采集数据的对比原始值或初始值，即默认为真值。
进行多期数据的对比分析，数据对比的基础是整体数据包含了不会发生变形沉降的数据，即，整体数据包含有沉降区监测外不受开采沉陷影响的默认为不发生变形沉降的区域，这部分数据为符合校准数据，每期数据的这部分数据进行完整符合，这部分数据符合后，其余部分数据发生的变化为变形沉降值。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种沟壑地形条件下变形沉降监测方法，其特征在于，包括监测装置，监测装置包括无人机，无人机上挂载机载云台，机载云台上挂载有GPS定位***、惯性导航***、扫描仪和高清相机，监测方法包括以下步骤：
步骤1：对被测沟壑地形区域进行踏勘；
步骤2：进行无人机飞行航线规划；
步骤3：进行无人机试飞数据采集和航线修正；
步骤4：根据飞行测量航线进行驻桩；
步骤5：数据采集，对数据进行处理、整理和存档。
2.根据权利要求1所述的一种沟壑地形条件下变形沉降监测方法，其特征在于，步骤1中的踏勘包括：有路的地方顺着路进行踏勘，无路的地方站在至高点进行四周环视踏勘。
3.根据权利要求1所述的一种沟壑地形条件下变形沉降监测方法，其特征在于，无人机飞行航线规划的原则是：
单次起降架次覆盖区域为矩形，航线为长航线，根据激光雷达视场角和飞机距离地面的高度做到地表全覆盖，主航线地表点云重叠率在10％～20％之间。
4.根据权利要求3所述的一种沟壑地形条件下变形沉降监测方法，其特征在于，无人机试飞数据采集和航线修正具体包括：GPS定位***进行无人机定位，惯性导航***采集姿态信息，扫描仪采集点云信息，高清相机采集影像信息；
采集到的数据由工控机进行数据存储，数据采集完成后，对数据质量进行查看，如果采集的数据符合无人机飞行航线规划的原则及无死角测量原则，则确定为被测沟壑地形区域的飞行航线，如果采集的数据不符合无人机飞行航线规划的原则及无死角测量原则，则重新进行步骤3和步骤4。
5.根据权利要求1所述的一种沟壑地形条件下变形沉降监测方法，其特征在于，驻桩的要求为桩体表面及上方无遮挡，桩体在被测沟壑地形区域内合理分布，桩体必须被激光雷达测量到，桩体的上表面布设激光雷达靶标图案。
6.根据权利要求1所述的一种沟壑地形条件下变形沉降监测方法，其特征在于，步骤5包括：
按照一定的时间周期，对被测沟壑地形区域按照既定的飞行航线进行数据采集；
每次数据采集使用同一飞行航线，同一基站控制点；
对采集到的数据进行数据处理，将数据进行完整拼接和高程修正，形成整体点云数据；
数据的拼接是根据驻桩进行的，同时完成数据的高程修正，在单次数据采集飞行中，由于时间间隔短，设定变形沉降为0，忽略飞行期间的变形沉降值；
初次采集的数据作为后期采集数据的对比原始值或初始值，即默认为真值；
进行多期数据的对比分析，数据对比的基础是整体数据包含了不会发生变形沉降的数据，即，整体数据包含有沉降区监测外不受开采沉陷影响的默认为不发生变形沉降的区域，这部分数据为符合校准数据，每期数据的这部分数据进行完整符合，这部分数据符合后，其余部分数据发生的变化为变形沉降值。
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