[发明专利]联合无人机和探地雷达的工程堆弃体量测量方法

说明书

本发明提供一种联合无人机和探地雷达的工程堆弃体量测量方法，通过率定探地雷达在堆弃体中的传播速率，可以准确测定堆弃体下表面高程，通过无人机航拍及控制点位布设准确获取堆弃体上表面高程，利用GIS计算堆弃体上下表面高程差即可计算出堆弃体量。该方法可以避免因为堆弃体堆弃时限较长无法区分下垫面的难题，也解决了通过卫星遥感影像及单独使用无人机航拍无法精确计算堆弃体量的问题。

技术领域

本发明涉及工程堆弃体量测量技术领域，具体是一种联合无人机和探地雷达的工程堆弃体量测量方法。

背景技术

随着经济迅猛发展，各类生产建设项目以矿产、水电站、核电站、房地产、市政基础设施等点型项目，以及公路、铁路、管线等线性项目为代表，在工程建设过程中造成大量的挖填方活动，严重扰动地表，产生了大量的弃土弃渣堆弃体。由于堆弃体堆积坡度陡，当未采取相关防护措施时在暴雨条件下容易产生严重的滑坡、崩塌、泥石流、高含沙水流等灾害。尤其是堆积在城区周边或者农田上方的，容易对生命财产造成威胁。通过高新技术准确计算出堆弃体量，对于判定堆弃体稳定性及制定相应的水土保持措施防治水土流失及生态修复提供基础，同时也能为水行政主管部门管理决策(处罚)等提供技术支撑。

根据水土保持相关法律的规定，生产建设活动中排弃的砂、石、土、矸石、尾矿、废渣等应当综合利用，不能综合利用，确需废弃的，应当堆放在水土保持方案确定的专门存放地，并采取措施保证不产生新的危害。但在工程实际中，由于水土保持方案大部分是根据工程可行性研究报告基础来编写，深度仅达到可研阶段，在后期的初步设计及施工阶段，往往由于实际情况无法将废弃的弃土弃渣堆放在批复方案的弃渣场，尤其是线型工程，施工中弃渣堆弃杂乱无章，无法进行有效管理。且在弃渣之前，未对原始下垫面进行地质勘测，而弃渣在经过多年堆积自然沉降后，其下表面可能与原始下垫面融合而无法区分，导致了弃渣体量测量存在较大问题。

现阶段，测定工程堆弃体量的方法主要有：1)建设单位或施工单位提供数据；2)水土保持监测单位提供监测数据；3)通过卫星遥感影像图提取；4)无人机低空航拍技术。前二者由于是过程数据，工程工期往往较长，且单次土石方量累计后得出的总量与实际弃渣体方量往往由于密度、含水量、自然沉降等原因造成较大差异，无法准确获取弃渣体量。早期通过卫星遥感获取影像图，由于卫星影像固定时空分辨率、周期长、且受天气影响较大、成本高等，导致通过卫星遥感影像获取堆弃体量在实际应用中无法大范围推广普及。结合无人机技术及遥感技术在水利行业领域的应用愈加成熟，目前，无人机在水土保持领域的应用主要集中在水土保持监测评估、监督管理、灾害应急监测、方案编制和规划设计等方面。通过无人机野外航拍获取影像数据，采用PhotoScan、Pix4D等软件进行三维建模获取DEM及DOM数据成果，利用GIS软件对DEM及DOM进行量测分析，可以获取堆弃体渣量。由于弃渣场下垫面类型多种多样，通常难以确定弃渣场压盖原始地形，无法准确获取堆弃量总方量。

本申请的发明人在实现本发明的过程中经过研究发现：目前，探地雷达主要应用在冻土工程地质勘查、土壤含水量、坡地土层厚度估测、隧道衬砌检测、地下考古遗存、检测桥梁隐蔽病害方法、军事与安全探测、堤坝及库岸等水利工程探测方面。在雷达移动探测过程中，定时向地下发射脉冲电磁波，并不断接收到目标体的反射波，它们组成雷达剖面图像。通过对雷达图像的判读可确定目标体的分布特征，发射天线发射的电磁波在地表下传输，遇到介电特性突变的界面会发生反射，通过读取接收到的反射波传播时间和求取电磁波传播速度来计算目标体的埋藏深度。由于堆弃体是直接堆弃在原始地面上，二者接触面存在显著差异的介电特性，将探地雷达用于探测堆弃体堆积高度目前尚未有相关研究。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有无人机无法获取堆弃体原始下垫面，导致无法准确计算堆弃体量的问题，而提出一种联合无人机和探地雷达的工程堆弃体量测量方法，采用无人机测定堆弃体表面高程，探地雷达测定堆弃体下表面高程，将上表面及下表面测定数据导入ArcGis中，通过3D Analyst工具即可精确计算堆弃体体积差，能够很好解决以上问题。