煤矿地形变化监测解决方案

一、存在问题

目前，矿区地形沉降变化监测主要依靠水准测量、GPS测量和电子测距测量等传统技术手段，这些方法能够提供可靠的高精度观测数据，且在矿区地形沉降变化监测中发挥了重要作用，但也存在着诸多不足之处：

（1）    需要大量的人力、物力的支持，需要测量人员进入监测区域内，加大了监测工作的难度，存在一定的安全隐患；

（2）    监测范围小、空间分辨率低、不适合用于对矿区进行快速、准确、大范围的监测；

（3）    地表移动观测站难以长期保存、工作量大、成本高、难以准确划分沉降范围、不便于获取三维空间形变信息和历史信息；

（4）    水准和GPS观测的成本较高，台站分布和观测周期受到人力、财力和气候环境等因素的限制，无法满足采空区大面积长期形变监测；

（5）    基于点观测而得到的参数具有一定的片面性和无法实现大面积沉降观测等诸多问题。

二、矿区监测

对矿区监测主要内容包括地形沉降监测、水资源分布及污染程度监测、偷采行为监测、电力监测、管道监测及重点建筑监测。

1地形沉降监测

1.1基于无人机数据的监测

基于无人机数据的矿区监测主要通过正射影像目视判读、正射影像叠加对比、高程模型叠加计算、三维重建四种方式进行监测。

1.2正射影像目视判读

正射影像目视监测

1.3正射影像叠加对比

正射影像对比分析监测

1.4高程模型叠加计算

高程模型高度分析

1.5三维重建监测法

三维重建矿区沉降监测

1.6基于SAR数据的地形沉降监测

基于SAR数据的地形沉降监测

1.7基于北斗导航数据的地形沉降监测

基于北斗的GNSS矿区变形监测预警是利用GNSS卫星定位技术、现代化的传感技术、计算机技术、网络通讯技术等实时地反映不同天气或环境下的监测点形变情况。

北斗GNSS矿区沉降监测

1.8水资源分布及污染情况监测

水资源分布监测

水体污染等级监测

1.9偷采行为监测

矿区偷采监测

1.10电力监测

（1）将小型摄像机和照相机固定在飞机吊舱内，对导线及绝缘子串进行摄像。

（2）使用无人飞机控制数据链，把可远传的可见、红外热像仪的信号传送到监视地面屏幕进行分析。

（3）采用自主线路卫星导航控制、地理匹配自动控制、线路杆塔自动跟踪等飞行控制功能，使无人飞机巡线进入可根据输电线路的走向、海拔高度、转角等全自动化进行线路跟踪飞行控制，使无人飞机紧贴着输电线路进行贴身的巡线工作。

无人机矿区电力监测

1.11管道监测

根据矿区作业频率和监测内容的不同，无人机矿区管道遥感监测作业分为常规巡检和特殊巡检两种。其中，常规巡检主要为管道线路巡检；特殊巡检则为应急监测。

无人机管道监测

2重点建筑监测

2.1基于SAR数据的重点建筑物监测

SAR建筑物监测

2.2基于北斗导航数据的重点建筑监测

北斗建筑物变形监测示意图

建筑物顶部某一角图片

2.3核查验证

1)        对影像上的无法确定边界或属性的要素和无法准确确定的疑问图斑进行重点调查，调查核查应做到问题全覆盖。

2)        作业过程中应尽量补充收集专业资料，并进行分析利用，以提高外业调查核查效率；对监测有疑问的分类图斑，实地无法调查核实的属性信息，可参考相关资料进行补充完善。

3)        对发生变化的区域，在底图影像上可以直接定位的，采用图上标绘和注记的形式进行调查。当按照影像，如因时相原因无法补调时，原则上应采用满足精度要求的测量手段和测量设备进行实地定位，如：亚米级GPS全站仪等精密定位，确定变化范围。

4)        按照现场核查结果对前期监测采集类型、边界、属性等内容的正确率和现场巡查百分率进行统计并填写相应统计表。

外业核查验证

2.4成果整理

综合监测与复核结果数据，修正、更新地形变化信息，并进行质量控制，形成如下成果：矿区地形变化状况成果专题图、矿区地形地貌变化程度成果专题图、水资源分布专题图、水资源水质状况、电力监测专题图、管道监测专题图、重点建筑物变形专题图、矿区生产活动专题图、土地塌陷成果专题图和矿区地形变化监测工作报告。