[发明专利]基于无人机和探地雷达的地陷检测方法及探测装置

说明书

本发明公开了一种基于无人机和探地雷达的地陷检测方法及探测装置，所述的地陷检测方法包括以下步骤，航拍步骤和地陷探测步骤，本发明的系统由无人机、相机和探地雷达构成，无人机挂载相机对采煤区进行垂直航拍，获取正射图像，进行图像二维拼接；无人机挂载探地雷达，对疑似采煤区的地陷区域，发射并接收高频电磁波，获取地层或地陷空洞的回波曲线图。对回波图像进行解译，以确定地陷空洞的特征。采用无人机进行航拍，可获取大量的图像数据，然后筛选出重点区域，借由无人机进行探地观测，减少探地对环境的依赖，提高其数据采集速度。

技术领域

本发明属于地质探测技术领域，具体涉及一种基于无人机和探地雷达的地陷检测方法及探测装置。

背景技术

在我国部分煤炭资源丰富的省区，已对地下的煤炭资源进行了多年的持续开采，由于地下煤炭被掏空，由此造成了不少的地陷灾害。其中，部分地陷尚处于潜伏期，地表特征与普通地表相差不大，如不进行及时、有效的检测，这部分地陷一旦爆发，很有可能造成道路坍塌、房屋破损等严重的地质灾害，对人民群众的生产、生活、生命造成巨大的威胁。

目前，对采煤区的地陷探测手段主要包括钻探打孔、遥感测绘、物联网监测等。钻探打孔需要破坏地表结构，耗时较长，探测效率不高；遥感测绘主要运用卫星、航空遥感图像和地形图数据，获取矿区煤炭分布和煤层开采信息，估计待测塌陷损害区的范围；物联网监测主要通过在地下布设地面塌陷监测单元和远程监控单元，进行地面塌陷的监测。

中国专利文献CN 103047970公布了一种确定塌陷耕地损害边界的方法，该方法选用遥感数据和非遥感数据，确定塌陷的初步区域；使用边缘检测方法，建立塌陷地边界缓冲的指数模型，获取待测区塌陷边界信息以及地面塌陷深度信息；接着，使用待测区的数字高程模型信息，进行塌陷边界和塌陷深度的估计。中国专利文献CN 204902826公布了一种基于物联网的地铁盾构施工地面塌陷监测装置，该装置包括现场地面塌陷监测单元以及远程监控单元，塌陷监测单元按照指令对观测点进行测量并输出测量信息，远程监控单元获取地陷测量信息，然后对塌陷趋势进行预警。总的来看，遥感测绘方法主要依赖于遥感图像分析，并未对地下情况进行探测，该方法对采煤区的地陷监测存在数据不足的问题，难以全面地监测地陷的分布情况。物联网监测方法需要在地下布设大量的塌陷监测单元，如果在广阔的采煤区布设，监控成本将极为巨大，实用性不高。因此，如何将地上部分的遥感，和地下的探测有效结合，从“地上、地下”两个维度，避免钻探打孔、地表起伏多变的影响，以较低的成本、较快的检测速度，全面地监测采煤区的地陷情况，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于无人机和探地雷达的地陷探测系统，基于无人机从地-空两个维度进行采煤区的地陷检测测量速度快。

本发明的另一个目的是，提供一种基于无人机和探地雷达的地陷探测系统的检测方法，发挥无人机机动、灵活、视野广阔的优势，可以快速确定疑似的采煤地陷区。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于无人机和探地雷达的地陷探测方法，包括以下步骤，

一、航拍步骤

11)无人机按第一飞行高度循预定飞行路线对探测区进行垂直航拍；

12)对航拍的图像进行预处理、拼接和融合；

13)将图像中的塌陷区域、地表有裂缝、地表有积水的区域认定为疑似的地陷区域以作为探地雷达监测区；

二、地陷探测步骤

21)根据探地雷达监测区的地下介质的类型，设定相对介电常数和雷达波传播速度及探地雷达的天线中心频率、无人机飞行的第二高度以及测量点间隔；

22)无人机挂载探地雷达发射、接收高频电磁波并获得地层或地陷空洞的回波曲线图，