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

背景技術(shù)：

1、目前大型露天礦區(qū)土體穩(wěn)定監(jiān)測(cè)時(shí)存在覆蓋率低，監(jiān)測(cè)延時(shí)性長(zhǎng)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量低，可靠性較低，預(yù)警死角大等問(wèn)題。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，埋置的邊坡位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只能對(duì)部分土體實(shí)現(xiàn)精確精測(cè)，但布設(shè)范圍發(fā)生整體移動(dòng)時(shí)，難以體現(xiàn)邊坡土體穩(wěn)定性問(wèn)題，可能導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)失常。同時(shí)，地上計(jì)算機(jī)視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由于監(jiān)測(cè)機(jī)位的固定，只能對(duì)礦坡的豎向和坡寬方向視線(xiàn)精確監(jiān)控難以實(shí)現(xiàn)對(duì)觀(guān)察土體的整體高精度監(jiān)測(cè)，且監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)失準(zhǔn)需進(jìn)行機(jī)位校核時(shí)，通常還需要人工校準(zhǔn)，智能化程度低和維護(hù)成本較高。

3、因此，單一的礦區(qū)土體位移監(jiān)測(cè)會(huì)出現(xiàn)監(jiān)測(cè)效率較低、數(shù)據(jù)量少且交互時(shí)間長(zhǎng)、可靠性差、預(yù)警死角多、維護(hù)成本高，信息化和智能化低等問(wèn)題，難以實(shí)現(xiàn)礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)的高頻率、低誤差監(jiān)測(cè)和準(zhǔn)確全方位的警情推送。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是：提供一種大型露天礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，將地-天-空多層次的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)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(zhǔn)確性，降低單一技術(shù)因測(cè)量誤差帶來(lái)的漏報(bào)、誤報(bào)及晚報(bào)的可能性。

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

3、所述綜合監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，包括深層土體節(jié)段式三維位移自動(dòng)化監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)地表位移監(jiān)測(cè)與預(yù)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(dòng)化監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，包括節(jié)段式三維位移儀和信號(hào)傳遞模塊，用于礦區(qū)深層土體位移特征監(jiān)測(cè)和計(jì)錄，將深層土體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)分析并上傳至終端設(shè)備；

5、所述無(wú)人機(jī)地表位移監(jiān)測(cè)與預(yù)警子系統(tǒng)，通過(guò)無(wú)人機(jī)群搭載視覺(jué)處理模塊和預(yù)警模塊，監(jiān)測(cè)節(jié)段式三維位移儀頂端的標(biāo)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(shè)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(shè)備指令對(duì)無(wú)人機(jī)空間位移校核和節(jié)段式三維位移儀頂部位移進(jìn)行校準(zhǔn)、獲取與分析礦區(qū)整體遙感圖像、檢測(cè)土體位移量，并上傳數(shù)據(jù)至終端設(shè)備；

7、所述終端設(shè)備，用于收集綜合監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)預(yù)警數(shù)據(jù)和定位數(shù)據(jù)，對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉對(duì)比分析，得到精確的礦區(qū)地表和深層土體的絕對(duì)唯一值，并對(duì)各子系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)預(yù)警數(shù)據(jù)進(jìn)行分級(jí)核驗(yàn)和報(bào)警，發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)警報(bào)由無(wú)人機(jī)群快速向礦區(qū)各角落播報(bào)。

8、具體地，所述綜合監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)中，深層土體節(jié)段式三維位移自動(dòng)化監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)地表位移監(jiān)測(cè)與預(yù)警子系統(tǒng)、衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)構(gòu)成地天空三層次監(jiān)控系統(tǒng)，每層獨(dú)立開(kāi)展監(jiān)測(cè)，根據(jù)礦區(qū)現(xiàn)場(chǎng)情況兩兩組合或三層組合使用。

9、進(jìn)一步地，所述節(jié)段式三維位移儀有多個(gè)，根據(jù)需求布設(shè)于礦區(qū)外圍邊波上，頂部設(shè)有圖像識(shí)別標(biāo)靶和定位儀，所述定位儀用于無(wú)人機(jī)空間位移校核。

10、進(jìn)一步地，所述衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)，根據(jù)終端設(shè)備指令對(duì)無(wú)人機(jī)空間位移校核和節(jié)段式三維位移儀頂部位移進(jìn)行校準(zhǔn)，方法如下：

11、衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)對(duì)無(wú)人機(jī)群進(jìn)行空間定位，并與無(wú)人機(jī)自帶氣壓定位系統(tǒng)進(jìn)行交叉比對(duì)；若交叉對(duì)比通過(guò)，啟動(dòng)無(wú)人機(jī)視覺(jué)處理模塊，監(jiān)測(cè)節(jié)段式三維位移計(jì)頂部圖像識(shí)別標(biāo)靶的位移數(shù)據(jù)；若交叉對(duì)比不通過(guò)，判定無(wú)人機(jī)機(jī)位發(fā)生整體位移，發(fā)出指令對(duì)無(wú)人機(jī)空間坐標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)維護(hù)，利用布設(shè)于節(jié)段式三維位移儀頂部的定位儀，結(jié)合實(shí)時(shí)礦區(qū)氣候數(shù)據(jù)，對(duì)無(wú)人機(jī)空間機(jī)位置進(jìn)行校正，并啟用衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)對(duì)整個(gè)礦區(qū)及節(jié)段式三維位移儀頂部位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

12、進(jìn)一步地，所述無(wú)人機(jī)地表位移監(jiān)測(cè)與預(yù)警子系統(tǒng)中，無(wú)人機(jī)群搭載的預(yù)警模塊與終端設(shè)備相連，對(duì)露天礦區(qū)多方向、不同角落的進(jìn)行機(jī)動(dòng)預(yù)警，預(yù)警模塊發(fā)出的預(yù)警包括：節(jié)段式三維位移儀地表位移預(yù)警、節(jié)段式三維位移儀深層土體位移預(yù)警、無(wú)人機(jī)地表位移監(jiān)測(cè)預(yù)警。

13、進(jìn)一步地，所述終端設(shè)備收到預(yù)警數(shù)據(jù)后，進(jìn)行預(yù)警處理，方法如下：

14、s1、判斷預(yù)警數(shù)據(jù)為節(jié)段式三維位移儀地表位移預(yù)警，或節(jié)段式三維位移儀深層土體位移預(yù)警，或無(wú)人機(jī)地表位移監(jiān)測(cè)預(yù)警；

15、s2、調(diào)取無(wú)人機(jī)視覺(jué)地表監(jiān)測(cè)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(jìn)行對(duì)比；

16、s3、若吻合，則節(jié)段式三維位移儀或無(wú)人機(jī)機(jī)位空間定位數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，終端設(shè)備發(fā)送礦區(qū)地表滑動(dòng)或深層土體位移報(bào)警信息，并調(diào)取無(wú)人機(jī)采集圖像和衛(wèi)星遙感圖像；

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

18、進(jìn)一步地，步驟s4無(wú)人機(jī)地表監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與節(jié)段式三維位移儀頂部位移數(shù)據(jù)比對(duì)結(jié)果不吻合時(shí)，終端設(shè)備向衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)發(fā)送無(wú)人機(jī)空間位移校核和節(jié)段式三維位移儀頂部位移校準(zhǔn)指令，具體如下：

19、s4.1、若衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)校準(zhǔn)后，得到無(wú)人機(jī)空間坐標(biāo)未移動(dòng)，則地表位移報(bào)警以無(wú)人機(jī)群監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)；

20、s4.2、若衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)校準(zhǔn)后，得到無(wú)人機(jī)空間坐標(biāo)發(fā)生變化，判定無(wú)人機(jī)機(jī)位發(fā)生整體位移，本次地表報(bào)警以衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，并及時(shí)對(duì)無(wú)人機(jī)群布設(shè)機(jī)位進(jìn)行調(diào)整和校準(zhǔn)；

21、s4.3、衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)校核無(wú)人機(jī)空間位移的同時(shí)，校準(zhǔn)節(jié)段式三維位移儀頂部坐標(biāo)變化值，若變化值與節(jié)段式三維位移儀自身測(cè)得的頂部位移吻合，則地表位移報(bào)警以節(jié)段式三維位移儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)；

22、s4.4、若節(jié)段式三維位移儀頂部坐標(biāo)變化值與節(jié)段式三維位移儀自身測(cè)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(zhǔn)節(jié)段式三維位移儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，得到礦區(qū)邊坡絕對(duì)位移值；

23、s4.5、將邊坡絕對(duì)位移值重新傳送至終端設(shè)備，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并將監(jiān)測(cè)預(yù)警結(jié)果進(jìn)行分級(jí)核驗(yàn)和報(bào)警。

24、進(jìn)一步地，所述終端設(shè)備將監(jiān)測(cè)預(yù)警結(jié)果進(jìn)行分級(jí)核驗(yàn)和報(bào)警，發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)，將警報(bào)發(fā)送至無(wú)人機(jī)群，通過(guò)無(wú)人機(jī)群快速向礦區(qū)各角落播報(bào)。

25、進(jìn)一步地，所述深層土體節(jié)段式三維位移自動(dòng)化監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)和無(wú)人機(jī)地表位移監(jiān)測(cè)與預(yù)警子系統(tǒng)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信連接終端設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，包括但不限于4g/5g、wi-fi、專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)頻段或衛(wèi)星通信；所述衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)通過(guò)衛(wèi)星通信，實(shí)現(xiàn)與地面終端設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。

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

27、本發(fā)明大型露天礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，通過(guò)深層土體節(jié)段式三維位移自動(dòng)化監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)地表位移監(jiān)測(cè)與預(yù)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(jìn)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(zhǔn)確性，降低單一技術(shù)因測(cè)量誤差帶來(lái)的漏報(bào)、誤報(bào)及晚報(bào)的可能性。

技術(shù)特征：

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

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型露天礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述綜合監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)中，深層土體節(jié)段式三維位移自動(dòng)化監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)地表位移監(jiān)測(cè)與預(yù)警子系統(tǒng)、衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)構(gòu)成地天空三層次監(jiān)控系統(tǒng)，每層獨(dú)立開(kāi)展監(jiān)測(cè)，根據(jù)礦區(qū)現(xiàn)場(chǎng)情況兩兩組合或三層組合使用。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型露天礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述節(jié)段式三維位移儀有多個(gè)，根據(jù)需求布設(shè)于礦區(qū)外圍邊波上，頂部設(shè)有圖像識(shí)別標(biāo)靶和定位儀，所述定位儀用于無(wú)人機(jī)空間位移校核；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大型露天礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述無(wú)人機(jī)地表位移監(jiān)測(cè)與預(yù)警子系統(tǒng)，用于礦區(qū)地表位移特征監(jiān)測(cè)，通過(guò)采集到的標(biāo)靶目標(biāo)點(diǎn)位移數(shù)據(jù)，基于數(shù)字散斑相關(guān)性，分析目標(biāo)點(diǎn)位移前后的坐標(biāo)變化，計(jì)算礦區(qū)地表位移δs，公式如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大型露天礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)與預(yù)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(shè)備指令對(duì)無(wú)人機(jī)空間位移校核和節(jié)段式三維位移儀頂部位移進(jìn)行校準(zhǔn)，方法如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大型露天礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述無(wú)人機(jī)地表位移監(jiān)測(cè)與預(yù)警子系統(tǒng)中，無(wú)人機(jī)群搭載的預(yù)警模塊與終端設(shè)備相連，對(duì)露天礦區(qū)多方向、不同角落的進(jìn)行機(jī)動(dòng)預(yù)警，預(yù)警模塊發(fā)出的預(yù)警包括：節(jié)段式三維位移儀地表位移預(yù)警、節(jié)段式三維位移儀深層土體位移預(yù)警、無(wú)人機(jī)地表位移監(jiān)測(cè)預(yù)警。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的大型露天礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述終端設(shè)備收到預(yù)警數(shù)據(jù)后，進(jìn)行預(yù)警處理，方法如下：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的大型露天礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：步驟s4無(wú)人機(jī)地表監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與節(jié)段式三維位移儀頂部位移數(shù)據(jù)比對(duì)結(jié)果不吻合時(shí)，終端設(shè)備向衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)發(fā)送無(wú)人機(jī)空間位移校核和節(jié)段式三維位移儀頂部位移校準(zhǔn)指令，具體如下：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的大型露天礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述終端設(shè)備將監(jiān)測(cè)預(yù)警結(jié)果進(jìn)行分級(jí)核驗(yàn)和報(bào)警，發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)，將警報(bào)發(fā)送至無(wú)人機(jī)群，通過(guò)無(wú)人機(jī)群快速向礦區(qū)各角落播報(bào)。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型露天礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)與預(yù)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(dòng)化監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)和無(wú)人機(jī)地表位移監(jiān)測(cè)與預(yù)警子系統(tǒng)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信連接終端設(shè)備，包括但不限于4g/5g、wi-fi、專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)頻段或衛(wèi)星通信，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，所述衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)通過(guò)衛(wèi)星通信，實(shí)現(xiàn)與地面終端設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種大型露天礦區(qū)土體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，包括：深層土體節(jié)段式三維位移自動(dòng)化監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，由節(jié)段式三維位移儀和信號(hào)傳遞系統(tǒng)組成，用于礦區(qū)土體位移特征的監(jiān)測(cè)、計(jì)錄和傳遞；無(wú)人機(jī)地表位移監(jiān)測(cè)與預(yù)警子系統(tǒng)，通過(guò)無(wú)人機(jī)群搭載機(jī)器視覺(jué)儀及預(yù)警儀器，監(jiān)測(cè)節(jié)段式三維位移儀頂端標(biāo)靶圖像信息；衛(wèi)星遙感與定位子系統(tǒng)，用于完成無(wú)人機(jī)空間位置校準(zhǔn)和礦區(qū)整體遙感圖像的獲取與分析；通過(guò)終端設(shè)備收集監(jiān)測(cè)預(yù)警和定位數(shù)據(jù)，得到礦區(qū)地表和深層土體的絕對(duì)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(jìn)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(zhǔn)確性，降低單一技術(shù)因測(cè)量誤差帶來(lái)的漏報(bào)、誤報(bào)及晚報(bào)的可能性。

技術(shù)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(mèng)琳,白云,蔣玄
受保護(hù)的技術(shù)使用者：徐州工程學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6