本發(fā)明涉及大型礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)控與預警，特別涉及一種大型露天礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)測與預警系統(tǒng)。

背景技術：

1、目前大型露天礦區(qū)土體穩(wěn)定監(jiān)測時存在覆蓋率低，監(jiān)測延時性長，監(jiān)測數(shù)據(jù)量低，可靠性較低，預警死角大等問題。

2、現(xiàn)有技術中，埋置的邊坡位移監(jiān)測系統(tǒng)只能對部分土體實現(xiàn)精確精測，但布設范圍發(fā)生整體移動時，難以體現(xiàn)邊坡土體穩(wěn)定性問題，可能導致監(jiān)測數(shù)據(jù)失常。同時，地上計算機視覺監(jiān)測系統(tǒng)，由于監(jiān)測機位的固定，只能對礦坡的豎向和坡寬方向視線精確監(jiān)控難以實現(xiàn)對觀察土體的整體高精度監(jiān)測，且監(jiān)控數(shù)據(jù)失準需進行機位校核時，通常還需要人工校準，智能化程度低和維護成本較高。

3、因此，單一的礦區(qū)土體位移監(jiān)測會出現(xiàn)監(jiān)測效率較低、數(shù)據(jù)量少且交互時間長、可靠性差、預警死角多、維護成本高，信息化和智能化低等問題，難以實現(xiàn)礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)測的高頻率、低誤差監(jiān)測和準確全方位的警情推送。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的問題是：提供一種大型露天礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)測與預警系統(tǒng)，將地-天-空多層次的監(jiān)控系統(tǒng)進行交叉融合，用于提升露天礦區(qū)的邊坡土體失穩(wěn)研判的準確性，降低單一技術因測量誤差帶來的漏報、誤報及晚報的可能性。

2、本發(fā)明采用如下技術方案：一種大型露天礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)測與預警系統(tǒng)，包括：綜合監(jiān)控預警系統(tǒng)和終端設備；

3、所述綜合監(jiān)控預警系統(tǒng)，包括深層土體節(jié)段式三維位移自動化監(jiān)測子系統(tǒng)、無人機地表位移監(jiān)測與預警子系統(tǒng)、衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)；

4、所述深層土體節(jié)段式三維位移自動化監(jiān)測子系統(tǒng)，包括節(jié)段式三維位移儀和信號傳遞模塊，用于礦區(qū)深層土體位移特征監(jiān)測和計錄，將深層土體監(jiān)測數(shù)據(jù)自動分析并上傳至終端設備；

5、所述無人機地表位移監(jiān)測與預警子系統(tǒng)，通過無人機群搭載視覺處理模塊和預警模塊，監(jiān)測節(jié)段式三維位移儀頂端的標靶圖像信息，得到礦區(qū)地表位移數(shù)據(jù)并上傳至終端設備；

6、所述衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)，包括衛(wèi)星遙感模塊、衛(wèi)星定位儀，根據(jù)終端設備指令對無人機空間位移校核和節(jié)段式三維位移儀頂部位移進行校準、獲取與分析礦區(qū)整體遙感圖像、檢測土體位移量，并上傳數(shù)據(jù)至終端設備；

7、所述終端設備，用于收集綜合監(jiān)控預警系統(tǒng)的監(jiān)測預警數(shù)據(jù)和定位數(shù)據(jù)，對收到的數(shù)據(jù)進行交叉對比分析，得到精確的礦區(qū)地表和深層土體的絕對唯一值，并對各子系統(tǒng)的監(jiān)測預警數(shù)據(jù)進行分級核驗和報警，發(fā)生險情時警報由無人機群快速向礦區(qū)各角落播報。

8、具體地，所述綜合監(jiān)控預警系統(tǒng)中，深層土體節(jié)段式三維位移自動化監(jiān)測子系統(tǒng)、無人機地表位移監(jiān)測與預警子系統(tǒng)、衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)構成地天空三層次監(jiān)控系統(tǒng)，每層獨立開展監(jiān)測，根據(jù)礦區(qū)現(xiàn)場情況兩兩組合或三層組合使用。

9、進一步地，所述節(jié)段式三維位移儀有多個，根據(jù)需求布設于礦區(qū)外圍邊波上，頂部設有圖像識別標靶和定位儀，所述定位儀用于無人機空間位移校核。

10、進一步地，所述衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)，根據(jù)終端設備指令對無人機空間位移校核和節(jié)段式三維位移儀頂部位移進行校準，方法如下：

11、衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)對無人機群進行空間定位，并與無人機自帶氣壓定位系統(tǒng)進行交叉比對；若交叉對比通過，啟動無人機視覺處理模塊，監(jiān)測節(jié)段式三維位移計頂部圖像識別標靶的位移數(shù)據(jù)；若交叉對比不通過，判定無人機機位發(fā)生整體位移，發(fā)出指令對無人機空間坐標進行校準維護，利用布設于節(jié)段式三維位移儀頂部的定位儀，結合實時礦區(qū)氣候數(shù)據(jù)，對無人機空間機位置進行校正，并啟用衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)對整個礦區(qū)及節(jié)段式三維位移儀頂部位移進行監(jiān)測。

12、進一步地，所述無人機地表位移監(jiān)測與預警子系統(tǒng)中，無人機群搭載的預警模塊與終端設備相連，對露天礦區(qū)多方向、不同角落的進行機動預警，預警模塊發(fā)出的預警包括：節(jié)段式三維位移儀地表位移預警、節(jié)段式三維位移儀深層土體位移預警、無人機地表位移監(jiān)測預警。

13、進一步地，所述終端設備收到預警數(shù)據(jù)后，進行預警處理，方法如下：

14、s1、判斷預警數(shù)據(jù)為節(jié)段式三維位移儀地表位移預警，或節(jié)段式三維位移儀深層土體位移預警，或無人機地表位移監(jiān)測預警；

15、s2、調取無人機視覺地表監(jiān)測數(shù)據(jù)、節(jié)段式三維位移儀頂部定位數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)數(shù)據(jù)，進行對比；

16、s3、若吻合，則節(jié)段式三維位移儀或無人機機位空間定位數(shù)據(jù)準確，終端設備發(fā)送礦區(qū)地表滑動或深層土體位移報警信息，并調取無人機采集圖像和衛(wèi)星遙感圖像；

17、s4、若不吻合，終端設備向衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)發(fā)送無人機空間位移校核和節(jié)段式三維位移儀頂部位移校準指令，并采用定位信號校節(jié)段式三維位移儀監(jiān)測數(shù)據(jù)，得到礦區(qū)邊坡絕對位移。

18、進一步地，步驟s4無人機地表監(jiān)測數(shù)據(jù)與節(jié)段式三維位移儀頂部位移數(shù)據(jù)比對結果不吻合時，終端設備向衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)發(fā)送無人機空間位移校核和節(jié)段式三維位移儀頂部位移校準指令，具體如下：

19、s4.1、若衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)校準后，得到無人機空間坐標未移動，則地表位移報警以無人機群監(jiān)測數(shù)據(jù)為準；

20、s4.2、若衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)校準后，得到無人機空間坐標發(fā)生變化，判定無人機機位發(fā)生整體位移，本次地表報警以衛(wèi)星遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)為準，并及時對無人機群布設機位進行調整和校準；

21、s4.3、衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)校核無人機空間位移的同時，校準節(jié)段式三維位移儀頂部坐標變化值，若變化值與節(jié)段式三維位移儀自身測得的頂部位移吻合，則地表位移報警以節(jié)段式三維位移儀監(jiān)測數(shù)據(jù)為準；

22、s4.4、若節(jié)段式三維位移儀頂部坐標變化值與節(jié)段式三維位移儀自身測得的頂部位移不吻合，則判定節(jié)段式三維位移儀發(fā)生整體位移，采用衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)校準節(jié)段式三維位移儀監(jiān)測數(shù)據(jù)，得到礦區(qū)邊坡絕對位移值；

23、s4.5、將邊坡絕對位移值重新傳送至終端設備，進行數(shù)據(jù)分析，并將監(jiān)測預警結果進行分級核驗和報警。

24、進一步地，所述終端設備將監(jiān)測預警結果進行分級核驗和報警，發(fā)生險情時，將警報發(fā)送至無人機群，通過無人機群快速向礦區(qū)各角落播報。

25、進一步地，所述深層土體節(jié)段式三維位移自動化監(jiān)測子系統(tǒng)和無人機地表位移監(jiān)測與預警子系統(tǒng)，通過無線通信連接終端設備進行實時數(shù)據(jù)傳輸，包括但不限于4g/5g、wi-fi、專用無線頻段或衛(wèi)星通信；所述衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)通過衛(wèi)星通信，實現(xiàn)與地面終端設備的數(shù)據(jù)傳輸。

26、本發(fā)明采用以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下技術效果：

27、本發(fā)明大型露天礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)測與預警系統(tǒng)，通過深層土體節(jié)段式三維位移自動化監(jiān)測子系統(tǒng)、無人機地表位移監(jiān)測與預警子系統(tǒng)、衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)，將地-天-空多層次的監(jiān)控系統(tǒng)進行交叉融合，能夠大幅度提升露天礦區(qū)的邊坡土體失穩(wěn)研判的準確性，降低單一技術因測量誤差帶來的漏報、誤報及晚報的可能性。

技術特征：

1.一種大型露天礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)測與預警系統(tǒng)，包括：綜合監(jiān)控預警系統(tǒng)和終端設備；其特征在于：所述綜合監(jiān)控預警系統(tǒng)，包括深層土體節(jié)段式三維位移自動化監(jiān)測子系統(tǒng)、無人機地表位移監(jiān)測與預警子系統(tǒng)、衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)；

2.根據(jù)權利要求1所述的大型露天礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)測與預警系統(tǒng)，其特征在于：所述綜合監(jiān)控預警系統(tǒng)中，深層土體節(jié)段式三維位移自動化監(jiān)測子系統(tǒng)、無人機地表位移監(jiān)測與預警子系統(tǒng)、衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)構成地天空三層次監(jiān)控系統(tǒng)，每層獨立開展監(jiān)測，根據(jù)礦區(qū)現(xiàn)場情況兩兩組合或三層組合使用。

3.根據(jù)權利要求1所述的大型露天礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)測與預警系統(tǒng)，其特征在于：所述節(jié)段式三維位移儀有多個，根據(jù)需求布設于礦區(qū)外圍邊波上，頂部設有圖像識別標靶和定位儀，所述定位儀用于無人機空間位移校核；

4.根據(jù)權利要求3所述的大型露天礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)測與預警系統(tǒng)，其特征在于：所述無人機地表位移監(jiān)測與預警子系統(tǒng)，用于礦區(qū)地表位移特征監(jiān)測，通過采集到的標靶目標點位移數(shù)據(jù)，基于數(shù)字散斑相關性，分析目標點位移前后的坐標變化，計算礦區(qū)地表位移δs，公式如下：

5.根據(jù)權利要求4所述的大型露天礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)測與預警系統(tǒng)，其特征在于：所述衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)，根據(jù)終端設備指令對無人機空間位移校核和節(jié)段式三維位移儀頂部位移進行校準，方法如下：

6.根據(jù)權利要求4所述的大型露天礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)測與預警系統(tǒng)，其特征在于：所述無人機地表位移監(jiān)測與預警子系統(tǒng)中，無人機群搭載的預警模塊與終端設備相連，對露天礦區(qū)多方向、不同角落的進行機動預警，預警模塊發(fā)出的預警包括：節(jié)段式三維位移儀地表位移預警、節(jié)段式三維位移儀深層土體位移預警、無人機地表位移監(jiān)測預警。

7.根據(jù)權利要求6所述的大型露天礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)測與預警系統(tǒng)，其特征在于：所述終端設備收到預警數(shù)據(jù)后，進行預警處理，方法如下：

8.根據(jù)權利要求7所述的大型露天礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)測與預警系統(tǒng)，其特征在于：步驟s4無人機地表監(jiān)測數(shù)據(jù)與節(jié)段式三維位移儀頂部位移數(shù)據(jù)比對結果不吻合時，終端設備向衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)發(fā)送無人機空間位移校核和節(jié)段式三維位移儀頂部位移校準指令，具體如下：

9.根據(jù)權利要求8所述的大型露天礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)測與預警系統(tǒng)，其特征在于：所述終端設備將監(jiān)測預警結果進行分級核驗和報警，發(fā)生險情時，將警報發(fā)送至無人機群，通過無人機群快速向礦區(qū)各角落播報。

10.根據(jù)權利要求1所述的大型露天礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)測與預警系統(tǒng)，其特征在于：所述深層土體節(jié)段式三維位移自動化監(jiān)測子系統(tǒng)和無人機地表位移監(jiān)測與預警子系統(tǒng)，通過無線通信連接終端設備，包括但不限于4g/5g、wi-fi、專用無線頻段或衛(wèi)星通信，進行實時數(shù)據(jù)傳輸，所述衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)通過衛(wèi)星通信，實現(xiàn)與地面終端設備的數(shù)據(jù)傳輸。

技術總結
本發(fā)明公開了一種大型露天礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)測與預警系統(tǒng)，包括：深層土體節(jié)段式三維位移自動化監(jiān)測子系統(tǒng)，由節(jié)段式三維位移儀和信號傳遞系統(tǒng)組成，用于礦區(qū)土體位移特征的監(jiān)測、計錄和傳遞；無人機地表位移監(jiān)測與預警子系統(tǒng)，通過無人機群搭載機器視覺儀及預警儀器，監(jiān)測節(jié)段式三維位移儀頂端標靶圖像信息；衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)，用于完成無人機空間位置校準和礦區(qū)整體遙感圖像的獲取與分析；通過終端設備收集監(jiān)測預警和定位數(shù)據(jù)，得到礦區(qū)地表和深層土體的絕對唯一值。本發(fā)明系統(tǒng)將地?天?空多層次的監(jiān)控系統(tǒng)進行交叉融合，大幅度提升了露天礦區(qū)的邊坡土體失穩(wěn)研判的準確性，降低單一技術因測量誤差帶來的漏報、誤報及晚報的可能性。

技術研發(fā)人員：蘇善杰,王圣程,蔡峰,高峰,侯鵬,楊碩,張鵬德,滕騰,劉嘉,張向向,金煜皓,杜夢琳,白云,蔣玄
受保護的技術使用者：徐州工程學院
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6