基于数码照相的开采沉陷模型实验数据采集与处理

发布时间：2020-05-21 06:31

【摘要】：矿山开采沉陷是煤矿采动损害的主要形式之一,相似材料模型实验是研究开采沉陷机理与地表变形规律的重要技术手段。模型实验中通过布设测点标志量测其位移信息,来揭示其开采沉陷规律。因此,改进模型位移量测的精度和效率对于相似材料模拟实验具有重要意义。相似材料模型变形监测具有范围小、精度和时效要求高的特点,常规的模型监测方法在测量精度和效率方面都存在一定的局限性。近年来,三维激光扫描和数字近景摄影测量系统已成功应用于模型实验中,但这些方法需使用大型专用设备,操作复杂且成本高,不便于推广应用。为此,本文探讨用普通数码照相方法进行模型测点的位移观测。在每个监测点周围布设控制格网并固定于模型架上,实验过程中利用普通数码相机拍摄测点与控制格网的像片经过影像坐标变换和几何畸变纠正后,解算出各测点相对于控制格网的坐标值,实现开采沉陷模型实验数据的高精度采集与处理。本文针对开采沉陷相似材料模型特点和监测精度要求,讨论了模型位移监测点和周边控制格网的合理布设方案,包括测点标志材质、布点间距、控制格网大小、格网刻画及其固定方式等。基于摄影测量理论原理分析了数码相机焦距、像素、摄影距离和影像分辨率的关系,探讨了数码照片的像点坐标精度的影响因素。根据实验模型具体条件确定了外业拍照的硬件选型。针对本文数码影像中像控点呈格网型密集分布的特点,采用有限元模型对平面外畸变的系统误差进行内插拟合标定,利用一次样条函数内插出像点的畸变差值,用其补偿各像点的畸变差,最后加入约束条件使畸变校正的精度更高,并进行了算法实现,开发出一套模型实验数据处理系统,能够实现模型测点坐标的高精度解算与可视化表达。同时,以燕家河煤矿8211工作面地质采矿条件为原型,制作了开采沉陷实验模型,并利用上述方法进行了实验数据采集和处理。实验结果表明,本文基于普通数码照相的开采沉陷模型数据采集与处理系统简单实用,所获得的测点坐标精度满足模型实验要求,具有推广应用价值。
【图文】：

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题背景及研究意义选题背景国的煤炭资源非常丰富，已探测到的煤田面积约有 55×104km2，煤田主要分布西北和华北等地域。现已开发的煤田主要集中在我国中部，东部地区。随着我快速发展，煤炭成为不可缺少的能源，大规模开采引发的地表沉陷问题已经成区生态系统的主要因素[1]，尤其是在已经大规模开采的中、东部地区，而这些我国的主要农业区。矿区的开发使得原有稳定的生态系统结构发生破坏，在开，由于采空区上方基岩层塌陷最终引起地表沉陷变形，甚至破坏地表水系，造源荒漠化，导致植被大面积减少，使生态系统破坏更加严峻[2]。为了实现以牺境代价获取更多煤炭资源的目标，则有必要在矿产资源采出之前对开采引起的变形做出预计，以便提前采取预防措施，保护开采区生态系统。以下是开采沉环境与社会环境等各方面带来的影响。

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西安科技大学全日制工程硕士学位论文3）介绍了数字相机的相关理论知识，确定本文所使用数码相机的基本参数；响系统对数据处理的精度的因素进行注意分析；对图像处理的核心算法进行并将有限元模型应用于矿山开采沉陷模型数据处理系统。4）对矿山开采沉陷模型数据处理系统进行详细介绍，包括系统的框架和对系的介绍，并对本文实验所使用相机进行初始标定，得出相机参数初值。主要像片、导入相机初始参数[34]、选取控制点、畸变校正、提取观测点坐标、导标、可视化。这样可以形象的展现相似材料模型实验数据处理结果。实验证提高相似材料模型实验效率。5）以旬邑燕家河煤矿 8211 工作面为根据进行了相似材料模型实验，使用本的矿山开采沉陷模型数据处理系统对开挖的各个阶段进行数据处理，，各个得点坐标位移矢量图及水平和下沉位移。论文的技术路线件硬数字相机及相机的选择
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P231;TD327

【参考文献】