矿山开采沉陷专题信息表达新模式

针对矿山开采沉陷所引发的地表形变信息表达和准确制图问题,该文结合遥感影像与地形图等数据,基于矿区开采沉陷变形预计结果和三维可视化方法,对矿山开采沉陷专题信息表达及其GIS制图新模式进行了探究。实现了矿区地表下沉、水平移动、水平变形、倾斜和曲率的形变信息应用分析与可视化,以及下沉盆地水淹范围模拟图、三维地表变形影像图、特定区域变形分析图、采动损坏等级分布图等制图功能。     

基于GIS的矿山开采沉陷信息可视化应用

矿山地下煤层开采引发地表沉陷变形,可造成土地破坏、房屋倒塌等一系列灾难性后果。基于概率积分法开采沉陷预计结果,利用ArcGIS的ArcScene模块实现地表变形预计数据的三维可视化表达,并以预计的下沉量为例进行可视化结果的等值线绘制、任意剖面图制作、任意点位形变信息提取应用分析。     

顾及地貌特征的矿区地表塌陷DEM的生成方法

地下煤炭资源开采导致矿区地表塌陷和矿区地形的变化,直接由开采沉陷下沉预计数据生成的DEM不能表现矿区地表塌陷后的地形状况。通过在开采沉陷下沉预计程序中增加高程修正计算功能,对矿区原始地貌高程进行下沉修正计算,生成矿区地表塌陷高程数据文件,由该数据文件可以生成顾及地貌特征的矿区地表塌陷DEM。该方法操作和实现简单,生成的DEM精度可靠,能够表现矿区地表塌陷后的地形状况,可以作为矿区地理信息系统的基础数据,对于指导开采沉陷的防治和治理具有重要意义。     

基于ArcGIS Engine的开采沉陷预计系统

开采沉陷是一种复杂的三维动态过程,涉及的资料信息复杂繁多,使得信息处理和空间综合分析十分复杂。研究基于ArcGIS Engine的开采沉陷预计的模型能够实现矿区数据信息的地理空间可视化和沉陷预计分析显示,及时掌握开采沉陷预计的规律和发展趋势,从各评价指标的细节层次和总体两方面评价此矿区的开采状况,为煤矿各相关部门和领导制定更好的发展决策提供支持。     

地表变形等值线图的自动绘制

变形等值线图是用来描述矿区地表移动和变形分布的主要可视化方法.利用等值线绘制软件Surfer的ActiveX Automation接口和面向对象的集成开发工具,将其绘图功能集成到开采沉陷预计应用程序中,可实现地表移动和变形预测等值线的自动绘制,实现预测结果的可视化分析.     

基于预测模型的矿区高程更新与可视化

针对矿区开采沉陷预计大多采用局部的下沉曲线或是下沉等值线图来反映矿区地形的动态变化,对于矿区的整体规划分析及综合分析难以直接应用。因此本文通过开采沉陷预计的模型,预计下沉参数及下沉值,通过CASS软件从原有的数字地形图上生成数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM),并通过插值和加密处理,更新沉陷预计后的DEM模型,建立地形的三维模型,从而实现矿区变化的整体三维信息可视化表达。此方法可有效的区分开采前后的地貌信息融合,对矿业生产单位的测绘工作、开采沉陷防灾减灾工程的设计以及"三下"采煤具有一定的实际意义。     

矿区开采沉陷预计实现与可视化表达

对矿区开采沉陷预计的基本原理和Arc GIS?Engine编程的特点与方法进行阐述。结合概率积分法在矿区开采沉陷预计中的应用,探索矿区开采沉陷预计可视化的表达方法。在矿区沉陷监测数据管理和预计分析系统开发的基础上,应用C#语言进行Arc GIS?Engine组件式编程,实现了矿区开采沉陷预计的功能程序模块。将此功能模块与沉陷监测数据管理模块集成后,提高了工作效率。此方法可为后续软件的设计与开发提供借鉴。     

形态参数下地表采动裂缝三维建模及可视化方法

实现对地表采动裂缝的三维建模及可视化能促进裂缝的形状、成因研究,并为开采沉陷监测和生态环境恢复提供科学支持。目前三维建模方法和软件主要面向建筑物、管道、地质体等地物地貌,若直接应用于地表裂缝的建模与表达会存在野外测绘工作量大、形态规律表达不准确、呈现不逼真等问题。本文结合三维地形建模、分形、空间插值等理论,提出了基于几何形态参数的地表裂缝三维建模方法,并利用ArcEngine平台实现了对裂缝的三维可视化;选取甘肃省东峡矿区为试验区,根据裂缝分布与形态预计参数,实现了对区域内裂缝的模拟,并通过与实测数据和高分辨率影像进行对比,验证了该方法能真实逼真呈现裂缝的形态、延伸与细节信息。     

矿山开采沉陷地表移动观测站的设计与实现

合理地设计地表移动观测站,是准确预测矿山开采沉陷引起地表移动、变形的基础。本文分析变形观测站设计方法,对该方法做了详尽剖析。结合淮南矿区的地质以及地表综合条件,设计适合淮南地区地表移动变形观测站设计的算法模式,并采用VB和MapObjects进行了实现。最后,以淮南市潘北矿区地表移动观测站设计为实验对象,结果表明:采用软件设计的地表移动观测站,能够有效反映沉陷区特征,且具有高效、可视化特点。     

条带开采地表沉陷预计参数的确定

概率积分法是条带开采地表移动和变形预计常用的方法,而概率积分法预计的精度取决于其预计参数的确定。以国内大量的条带开采实测资料为基础,应用相似理论对条带开采地表沉陷的相似现象进行了模糊聚类分析,计算出了条带开采地表沉陷预计参数。根据所得条带开采地表沉陷相似现象的分类及其地表沉陷预计参数,应用模式识别对待求条带开采地表沉陷预计参数进行了求取。工程实例表明,用模糊优化确定的预计参数进行条带开采地表移动和变形预计,其预计结果更加可靠、准确。     

基于空间变异修正普通克里金的矿区复杂地形高精度建模

普通克里金法是构建矿区三维地形模型并揭示地表沉陷形变场动态变化规律的有效方法。但普通克里金法存在平滑效应的问题,导致估计值的空间变异程度小于实际,无法真实反映矿区复杂地表形态的空间变化特征。本文结合矿区实际地形采样数据,提出了一种空间变异修正的普通克里金法,并将其应用于矿区复杂地形的高精度建模,并与已有方法在建模精度和空间变异性复现方面进行了对比分析。研究结果表明,空间变异修正的普通克里金法能够很好地处理平滑效应对建模的影响,具有更高的建模精度和空间变异性复现能力,在矿区复杂地形高精度建模应用中具有较强的适用性,可以作为一种可靠的建模工具用于矿区复杂地形沉陷形变场动态变化规律分析。     

动态矿区DEM生成方法及其在土地复垦中的应用研究

首先根据我国矿区土地复垦工作中存在的不足,通过研究提出"动态土地复垦"的概念,并确定了动态土地复垦方案制定的数据基础——动态矿区数字高程模型。动态矿区数字高程模型应该包含煤矿生产对地表的累积影响结果数据和地表的原始地形信息,开采沉陷预计结果可以提供前者,地面测量可以提供后者,经过数据处理可以按时间间隔生成描述塌陷区的一系列数字高程模型(DEM)(准动态),然后运用DEM的空间分析技术提取塌陷区在不同时间段的土地破坏类型、范围和位置数据,并根据这些数据进行动态土地复垦方案决策数据的提取,经实例验证该方法可行。     

基于地形特征的采煤沉陷盆地构建与水平移动信息智能提取方法

在西部黄土高原复杂地形地貌下构建采煤沉陷盆地和提取水平位移的难度较大,传统地表沉降监测手段只能获取线状数据,效率低,而重复轨道合成孔径雷达干涉测量技术在大梯度形变区域易出现失相干现象,难以达到矿区地表沉降监测精度要求。提出了一种基于无人机载激光雷达点云数据构建沉陷盆地和提取水平位移的方法。结合多地形因子构建深度神经网络（deep neural network,DNN）模型,提取沉陷盆地构建过程中受地形影响较小的特征稳定区,利用较优插值算法对稳定区进行拟合,得到完整沉陷盆地。为了提取采煤地表水平移动信息,将二进制形状上下文特征描述算子与多地形因子融合起来,以改进特征匹配算法。基于此设计地表水平移动提取方案,提取主断面水平移动信息,同时对水平移动提取误差与点云密度、地形因子进行定量分析。榆神矿区结果表明,利用结合地形因子的DNN模型能有效提取特征稳定区,在复杂地貌下减小了沉陷建模误差,为构建采煤沉陷盆地提供了一种新方法;利用融合地形特征的改进特征匹配算法提取的水平移动曲线符合采煤沉陷水平移动基本规律,与水平移动偏差相关性较强的地形因子可用于衡量改进特征匹配算法对水平移动提取误差的大小。     

无人机地形跟随在矿区沉陷监测中的应用

针对传统无人机矿区开采沉陷监测因地形起伏导致同一航测架次的监测精度相差较大的问题,本文分析了地形变化对影像分辨率、相片重叠度及监测精度的影响,并对无人机加装TOF传感器,对PID控制器进行编码设置,使无人机相对地面保持相同高度飞行,实现了无人机地形跟随监测。试验表明:地形起伏会使传统无人机监测精度降低,本文提出的方法可实现无人机地形跟随航测并保证监测精度;在地形复杂矿区,传统无人机沉陷监测平均精度为65.73 mm,具备地形跟随技术的无人机沉陷监测平均精度达46.59 mm,监测精度得到提高;与实地布设的观测线数据相对比,航测监测的下沉趋势准确,但对地表的细微变化无法捕捉;获取的矿区沉陷范围全面广泛地反映出由于工作面的推进造成的矿区沉陷所影响的区域,可为矿区开采沉陷监测提供参考。     

几何校正后的三维地形可视化及应用

三维可视化技术的发展日益成熟,本文以ERDAS IMAGINE软件为基础,利用Arc GIS软件将该地形图的高程数据转换为高精度的数字高程模型,通过影像的几何校正后,将DEM影像与该区域的多光谱影像图进行叠加,从而实现了三维地形的可视化。几何校正后的三维地形真实感更强,并在此基础上分析了三维地形可视化的应用,对于虚拟现实技术的迅速发展有着重要的意义。     

三维激光扫描技术在煤矿沉陷区监测应用

采用三维激光扫描仪与传统观测相结合的方法,获取开采沉陷区精细三维点云数据,在对激光点云数据预处理和数据分析基础上,分别对采空区地表沉降、铁路线沉降、铁路桥沉降与形变监测进行研究,并与传统观测结果进行对比分析,结果表明两者具有较好的一致性。     

地下空间数据挖掘与虚拟现实

目前,地理信息系统处理空间数据多停留在点、线、面三类二维的地表数据,对离散或连续的真三维数据进行处理尚处于初步研究阶段。本文基于ArcGIS9.2版本中新开发的Extrude Between模块的拉伸封闭多边形面功能,以某校区地下87个离散钻孔数据为例,进行三维虚拟实现:首先,进行空间数据的挖掘,即对87个钻孔数据通过预处理,进行对具有特异值的各个钻孔数据层空间内插,生成具有深度属性的各层等高线,最终生成模拟各地层上表面形态的TIN;然后,虚拟实现真三维数据的可视化及体视化,达到对地下实体空间进行逼真模拟,反映该校区地形、地貌、地层分布以及水文地质特征。