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基于四旋翼无人机的宁夏羊场湾煤矿采煤沉陷量监测

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高冠杰, 侯恩科, 谢晓深, 徐友宁, 魏启明, 刘江斌. 基于四旋翼无人机的宁夏羊场湾煤矿采煤沉陷量监测[J]. 地质通报, 2018, 37(12): 2264-2269.
引用本文: 高冠杰, 侯恩科, 谢晓深, 徐友宁, 魏启明, 刘江斌. 基于四旋翼无人机的宁夏羊场湾煤矿采煤沉陷量监测[J]. 地质通报, 2018, 37(12): 2264-2269.
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GAO Guanjie, HOU Enke, XIE Xiaoshen, XU Youning, WEI Qiming, LIU Jiangbin. The monitoring of ground surface subsidence related to coal seams mining in Yangchangwan coal mine by means of unmanned aerial vehicle with quad-rotors[J]. Geological Bulletin of China, 2018, 37(12): 2264-2269.
Citation: GAO Guanjie, HOU Enke, XIE Xiaoshen, XU Youning, WEI Qiming, LIU Jiangbin. The monitoring of ground surface subsidence related to coal seams mining in Yangchangwan coal mine by means of unmanned aerial vehicle with quad-rotors[J]. Geological Bulletin of China, 2018, 37(12): 2264-2269.
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基于四旋翼无人机的宁夏羊场湾煤矿采煤沉陷量监测

  • 1.

    西安科技大学地质与环境学院, 陕西 西安 710054

  • 2.

    中国地质调查局西安地质调查中心, 陕西 西安 710054

  • 3.

    神华宁夏煤业集团宁煤羊场湾煤矿, 宁夏 灵武 751400

  • 基金项目:
    中国地质调查局项目《秦岭及宁东矿产资源集中开采区地质环境调查》（编号：DD20160336）和国家自然科学基金项目《煤层顶板突水机理及突水危险性分区预测方法研究》（批准号：41472234）
详细信息
    作者简介: 高冠杰(1992-), 男, 在读硕士生, 从事煤炭地质和煤矿地质灾害防治研究工作。E-mail:527515795@qq.com
    通讯作者: 侯恩科(1963-), 男, 教授, 博士生导师, 从事煤炭地质、矿区地质灾害和矿井水害防治方面的教学与科研工作。E-mail:houek@xust.edu.cn

  • 中图分类号: P618.11;X141

The monitoring of ground surface subsidence related to coal seams mining in Yangchangwan coal mine by means of unmanned aerial vehicle with quad-rotors

  • 1.

    College of Geology and Environment, Xi'an University of Science and Technology, Xi'an 710054, Shaanxi, China

  • 2.

    Xi'an Center of Geological Survey, CGS, Xi'an 710054, Shaanxi, China

  • 3.

    Yangchangwan Mine, Shenhua Ningxia Coal Mining Group, Lingwu 751400, Ningxia, China

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    摘要

  • 小型无人机遥感技术具有成本低、操作灵活便利等优点，在地质调查中的作用愈来愈重要。采煤地表沉陷量变形监测是掌控采煤地表岩移变形规律和治理塌陷的关键性工作。重点探索四旋翼无人机遥感技术监测在羊场湾煤矿Y120212工作面采煤沉陷量的监测研究，通过野外踏勘与控制点布设、无人机航线规划与执行、4D产品制作的工作程序和监测方法，探索无人机遥感技术监测在矿山地质塌陷监测的应用。研究结果表明，通过对无人机遥感技术生成的DSM处理，经过多期地面高程的对比，得到Y120212工作面最大沉陷量达6.5m。结合分析、对比，无人机遥感技术可以实现采煤塌陷区地表沉陷变形监测，进而形成和发展了煤矿地面塌陷新的监测技术。

    The small UAV is an important tool in geological survey with the advantages of low cost and flexible operation. The monitoring of surface subsidence and deformation is a key to controlling the surface movement and deformation related to coal seams mining and subsidence. This paper focuses on the investigation of coal mining subsidence monitoring in the Y120212 working face in Yangchangwan coal mine, by the process of field reconnaissance and controlling point layout, UAV route planning and execution, 4D product production process and monitoring methods, so as to apply unmanned aerial vehicle remote sensing technology to monitoring the mine geological collapse. The research shows that the maximum subsidence value of the Y120212 working surface reaches 6.5m by comparison of the DSM processing of unmanned aerial vehicle (UAV) remote sensing technology and multi period ground elevation. A comparative study of the unmanned aerial vehicle remote sensing technology shows that it can monitor the surface subsidence deformation related to coal mining subsidence area. The technology is also a new means for monitoring the ground subsidence of the coal mine.

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  • 图 1  工作面位置关系

    Figure 1. 

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    图 2  MD4-1000无人机

    Figure 2. 

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    图 3  无人机遥感监测技术流程

    Figure 3. 

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    图 4  地表裂缝直接解译标志

    Figure 4. 

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    图 5  地表裂缝间接解译标志

    Figure 5. 

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    图 6  Y120212工作面裂缝分布

    Figure 6. 

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    图 7  控制点分布示意图

    Figure 7. 

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    图 8  Y120212工作面沉降等值线

    Figure 8. 

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    表 1  无人机与相机参数

    Table 1.  Main performance indexes of UAV and camera

    无人机 相机(SONY A7R)
    飞行时间 ＜50min/电池 有效像素 3640万
    飞行时间 ＜50min/电池 有效像素 3640万
    飞行高度 1000m 最大像素 3700万
    飞行半径 5000m 传感器 全画幅〔35.9*24mm)
    遥控距离 5000m 最高分辨率 7360*4912
    机身自重 2650g 续航能力 340张
    任务载荷 2000g(最大） 焦距 35mm
    抗风能力 ＜12m/s 像元大小 4.88um
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    表 2  DSM（XYZ格式）成果

    Table 2.  DSM (XYZ format) results

    点 北X/m 东Y/m 大地高Hd/m
    D1 4204574.1 36379920.514 1404
    D2 4204574.1 36379930.514 1404
    D3 4204574.1 36379941.514 1405
    · · · ·
    · · · ·
    D5232 4203694.1 36379761.514 1423
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    表 3  公共点高程异常值

    Table 3.  Elevation anomaly of common points

    点 北X/m 东Y/m 大地高Hd/m 正常高H正/m 高程异常值ζi/m 位置
    G1 36379930.51 4204454.1 1412.484 1409.15 3.334 工作面四周
    G2 36380090.51 4204061.1 1435.898 1432.517 3.381 工作面四周
    G3 36379930.51 4204234.1 1413.055 1408.886 4.169 工作面中心
    G4 36379780.51 4204394.1 1407.01 1402.866 4.144 工作面四周
    G5 36379930.51 4203994.1 1422.497 1418.447 4.05 工作面四周
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    表 4  GPS高程拟合校正结果

    Table 4.  Results of GPS elevation after fitting and correcting

    点 北X/m 东Y/m 大地高Hd/m 拟合后结果好H校/m
    G1 36379930.51 4204454.1 1412.484 1409.007
    G2 36380090.51 4204061.4 1435.898 1432.477
    G3 36379930.51 4204234.1 1413.055 1409.242
    G4 36379780.51 4204394.1 1407.01 1402.823
    G5 36379930.51 4203994.1 1422.497 1418.317
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    • 参考文献(15)
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出版历程
收稿日期:  2018-01-10
修回日期:  2018-06-20
刊出日期:  2018-12-25

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