乌海及周边地区矿山地质环境空天地一体化监测技术方法研究

乌海及周边地区矿山分布集中、矿山地质环境问题突出,是自治区生态环境保护的主战场之一,其生态环境保护与修复效果不仅对全区中西部盟市、而且对整个黄河流域都有重要影响,对我区走好以生态优先、绿色高质量发展为导向的新路子具有典型意义。利用空天地一体化监测技术方法开展重点矿山和集中连片治理区的动态监测,全面掌握区域矿山地质环境总体变化情况,对于矿山生态修复的监测监管具有重要作用。本文以乌海及周边地区为研究对象,分析了矿山地质环境空天地一体化监测技术方法的适用性和关键技术,为后续全面实施监测工作奠定了基础。

矿区地表移动“空天地”一体化监测技术研究

矿区地表移动观测是研究开采影响规律、损害防治、矿区地质灾害预警、开采减损方案设计或优化的主要手段和依据。因观测技术的局限性和矿区地形条件的复杂性,使得观测工作在观测精度、观测效率、人力投入、经济成本及数据处理等方面难以满足实际需求。为实现复杂地形或大区域条件下矿区地表移动的高效、高精度观测,阐述了目前矿区常用的精密水准测量、导线测量、GNSS测量技术、InSAR测量技术、无人机遥感测量技术、激光雷达扫描技术在观测精度、作业效率、数据可靠性等方面的优势和不足;针对传感器空间位置特征、数据采集特征以及数据的可融合性,提出了传统高精度测量与现代高效快速大范围测量相结合的空天地一体化监测技术,建立了集数据采集、数据处理及结果展示为一体的空天地一体化监测体系;提出了数据采集以高精度、高效率、低成本,数据处理以高质量、快速,结果展示以直观、全面的空天地一体化监测准则。采用InSAR、GNSS、三维激光扫描技术在神东上湾矿进行了监测,较好地分析了地表下沉分布特征,协同监测结果表明,在开采面积0.58km^2时,地表沉陷面积0.71 km^2,最大下沉量5 812~6 300 mm,下沉系数0.68~0.72,与动态实时监测结果一致。应用结果表明,空天地一体化监测多源数据融合方法,可以满足浅埋、高强度开采、复杂地形及植被影响矿区的地表移动观测需求。

空天地一体化环境监测体系研究和应用进展

随着遥感技术及信息技术的发展,空天地一体化环境监测技术的应用越来越广泛。本文比较了“空”“天”“地”监测技术在监测范围、时空分辨率、作业条件、成本效率等方面的优缺点,介绍了空天地一体化监测管理系统的分层构架,指出了管理系统运行中关键技术主要包括多源数据融合方法、核心算法及分析建模等,并根据该技术在水环境、大气环境、水土保持、自然资源及自然灾害监测预警中的应用情况,对空天地一体化生态环境监测系统的未来发展和应用前景进行了展望。

基于“空天地”一体化技术的岩层采动损伤监测与应用

矿区采动损伤监测是研究地表移动变形规律、开采损害预警、减损设计的重要依据。由于西部特殊开采地质条件、生态损伤累积效应和传统开采沉陷监测技术在观测精度、数据处理、成本投入和监测效率等方面的缺陷,从煤炭开采全生命周期角度出发,提出采动损伤科学内涵并构建矿区“空天地”一体化监测技术体系。以神东矿区上湾煤矿12401工作面为研究背景,利用BDS+GPS进行控制测量,为地表形变监测提供高精度空间三维坐标;基于InSAR技术探究地表沉降量和形变速率的时空演化规律;采用无人机与现场实测方法厘清地裂缝发育规律与工作面推进速度、来压步距的对应关系;运用固定站式三维激光扫描精确获得地表下沉量;通过高密度电法和探地雷达揭示地下深层隐伏裂缝的发育趋势与部分岩层的离层现象。研究成果发现开采后地表存在抬升现象,在抬升与下沉交界处容易形成地裂缝。中部动态裂缝宽度变化存在“单峰裂隙”与“双峰裂隙”演化规律,前峰裂缝宽度约为后峰的1.5倍,前后峰值间隔10 d左右。通过InSAR精细观测区、GNSS控制点与三维激光扫描结果进行多源数据融合,得到工作面地表沉降云图和采动损伤数据信息,厘清基本顶周期来压、主关键层破断与地表主裂缝的周期性传导关系。

无人机航拍等先进技术在地质灾害治理工程中的应用研究

科学技术的快速发展,使得多种先进技术应用到了地质灾害治理工作中,如无人机航拍技术、空天地一体化监测技术、水工环地质技术、自动化检测预警设备以及人工智能与大数据技术等,切实提高了地质灾害治理效果。本文结合工程实例,对地质灾害治理中无人机航拍等先进技术的具体应用进行了分析,并探究无人机航拍等先进技术在地质灾害工程中的实践应用效果,以期为地质灾害治理工作的创新开展提供参考。

隧道与地下工程监控量测技术的发展与展望

总结了近年来隧道与地下工程空天地一体化中先进的监测技术及其在全寿命工程周期中的应用,包括北斗导航、星载干涉雷达、地基干涉雷达、无人机摄影测量、机器视觉、激光雷达、光纤传感、测量机器人和物联网监测技术等,分析了隧道与地下工程监测实施过程中面临的顶层设计缺失、感知能力弱、数据关联性差、智能化程度低、专业人员少以及新技术推广难等挑战,并提出了相应的建议措施,着眼于物联网、人工智能与传统土木工程行业深度融合,对隧道与地下工程监测技术进行了展望。