[发明专利]一种基于无人船的水陆一体化岩移观测方法

权利要求书

1.一种基于无人船的水陆一体化岩移观测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：根据已经开采的采煤工作面的岩移参数，或者相似开采数据的工作面的岩移参数，结合本工作面的开采数据进行测区的地表移动观测设计，确定走向观测线与倾向观测线，确保观测线在岩移主断面上；根据走向观测线与倾向观测线绘制观测线剖面图；所述开采数据为开采深度、走向长度、倾斜长度、松散层厚度、地质结构；

步骤2：根据步骤1计算的走向和倾向观测长度确定沉陷影响范围，在开采沉陷范围外建立测量控制网，确定控制点的坐标和高程，完成静态测量和水准连测；采用GNSS接收机进行放样，将设计的观测线进行布设，完成观测线上日常观测工作点的埋石工作，工作点只布设到水体；

步骤3：观测线上的工作点稳定后，即不再继续下沉，进行第一次实时动态测量RTK；同时，采用无人船对水体周围陆地和水下地形进行测量；所述无人船搭载集GNSS、多波束测深仪、三维激光扫描仪、高精度惯性导航多种高精度传感器，完成水体周围陆地和水下的监测数据获取；

步骤4：将无人船获取的水下数据进行插值拟合，生成水下DEM模型；将经过三维激光扫描仪得到的三维激光扫描数据插值处理生成陆上DEM模型；将陆上和水下DEM模型进行拼接处理，生成完整的水陆地表DEM模型并使用步骤3中RTK测量的数据对水陆地表DEM模型进行精度验证；如精度满足工程要求，则完成完整的一次岩移观测测量；

步骤5：对观测数值进行处理得到沉陷数值并进行分析；沉陷数值由两部分组成，即RTK沉陷数值、水下陆地DEM沉陷数值；多次获取沉陷数值，得到最终的测区沉陷监测数据；所述观测数值为水陆地表DEM模型和RTK测量的数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人船的水陆一体化岩移观测方法，其特征在于，步骤1具体为：

走向观测线位于岩移主断面内，其中走向观测线SN到本工作面开切眼距离D1应为：

D₁≥(H₀-h)cot(δ-Δδ)+hcotφ

式中，δ为走向移动角；Δδ为走向移动角修正值；h为松散层厚度；H₀为平均采深；φ为松散层移动角；

其中，走向观测线SN长度按下式计算：

SN＝2hcotφ+2(H₀-h)×cot(δ-Δδ)+l

式中，h为松散层厚度；H₀为平均采深；l为工作面走向长度，δ为走向移动角；Δδ为走向移动角修正值；φ为松散层移动角；

倾向观测线的长度是在移动盆地倾向主断面上确定的；由采空区中心向下山方向偏移一段距离d，即：

d＝H₀cotθ

式中，H₀为平均采深；θ为最大下沉角；

因此，倾向观测线EW长度为：

EW＝2hcotφ+(H₁-h)cot(β-Δβ)+(H₂-h)cot(γ-Δγ)+L₁cosα

式中，L₁为工作面走向长度；h为松散层厚度；β，Δβ为下山移动角及其修正值；γ，Δγ为上山移动角及其修正值；α为煤层倾角；φ为松散层移动角；H₁，H₂为采区下边界和上边界的开采深度。

3.根据权利要求1所述的一种基于无人船的水陆一体化岩移观测方法，其特征在于，步骤3具体为：

对RTK沉陷数据进行分析计算：

将RTK沉陷数据导入Excel表格当中，假设共测得n期数据，将临近2期数据求差，为周期内沉陷值；将第1期与最后1期数据求差，为累计沉陷数值；

对DEM沉陷数值进行分析计算：

DEM沉陷数值为三维激光扫描数据和水下测深仪数据制作的多期数字高程模型进行栅格叠加处理，运用ArcGIS进行栅格数据运算，得到山顶或其他DEM提取区域的沉陷值；在栅格叠加中，每个图层的每个栅格都有自己的像素值，将设置好宽度的栅格进行相减，得到的就是每一个栅格单元在特定时间内的变化；

根据工作面开采进度进行多期观测，将获取的多期数据进行计算分析，观测线上的工作点数据与传统岩移观测数据处理方式相同；多期获取的水陆DEM进行叠加分析，将沉降值与陆地RTK测区的沉降值进行比较分析，若精度满足，则得到测区沉陷监测数据，可为矿区的后续开采和沉降监测工作，提出有力的技术支撑。