[发明专利]一种利用无人机影像的煤矿区三维形变监测方法

说明书

本发明公开了一种利用无人机影像的煤矿区三维形变监测方法，步骤为：估计采煤地表影响区；对两时相无人机影像I1和I2进行配准；配准后，对与采煤地表影响区相对应的无人机影像提取同名点，剔除误匹配点对；根据提取的同名点确定地表在两时相间发生的水平移动，并做空间插值，得到影像空间内连续的水平移动；根据提取的水平移动，结合煤矿开采沉陷模型中下沉和水平移动之间的关系，计算两时相间地表下沉值；把水平移动重投影到与开采走向方向平行和垂直的方向，融合水平移动和下沉值得到地表的三维形变值。本发明利用多时相无人机影像实现煤矿区三维形变监测，破解了基于影像的矿区形变监测对SAR影像的依赖问题，对煤矿区三维形变监测效果好。

技术领域

本发明涉及一种利用无人机影像的煤矿区三维形变监测方法，属于煤矿形变监测领域。

背景技术

局部矿体被采出后，在岩体内部形成一个空洞，其周围原有的应力平衡状态受到破坏，引起应力的重新分布，直到达到新的平衡，这是一个十分复杂的物理、力学变化过程，也是岩层产生移动和破坏的过程，这一过程或现象称为岩层移动。当采空区面积扩大到一定范围后，岩层移动发展到地表，使地表产生移动和变形，这一过程和现象称为地表移动。从地表移动的过程来看，地表点的移动状态可用垂直移动分量和水平移动分量来描述，通常称垂直移动分量为下沉，水平移动分量按相对于某一断面的关系区分为沿断面方向的水平移动和垂直断面方向的水平移动。

矿区形变传统上采用布置观测站并采用水准仪进行观测的技术路线。随着卫星成像技术的发展，利用合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)影像提取矿区形变得到了大量的研究，虽然具有监测范围广的优势，但是高分辨率SAR数据获取成本较高而低分辨率SAR数据观测到的信息又具有局限性。自20世纪30年代以来，航空摄影测量得到了长期发展，随着无人机技术的成熟和制造成本的降低，把无人机技术与遥感技术、信息技术、传感器技术高度集，利用无人机获取地面影像进行测量的技术得到了快速发展，其在地形图测量、城市三维建模、应急救援、农业生产等领域都得到了广泛的应用。但是由于无人机影像仅能获取地表的光谱信息，利用无人机影像进行地表形变监测的难度很大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种利用无人机影像的煤矿区三维形变监测方法，解决了基于影像的矿区形变监测对SAR影像的依赖问题，具有成本低、精度高、监测范围广、便于实现等优势。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种利用无人机影像的煤矿区三维形变监测方法，包括如下步骤：

步骤1，获取覆盖同一煤矿开采区域的两个不同时相的无人机影像I1和I2，无人机影像I1和I2均为正射影像，且无人机影像I1和I2空间分辨率相同；

步骤2，结合地下开采资料和煤矿开采沉陷模型估计地下采煤对地表的影响范围即采煤地表影响区；

步骤3，对两个不同时相的无人机影像I1和I2进行配准，得到配准后的影像I1和I2′，配准时对每个影像上对应采煤地表影响区的影像区域做掩模处理；

步骤4，对于配准后的影像I1和I2′，在对应采煤地表影响区的影像区域上利用多种同名点提取方法提取影像I1和I2′的同名点对；

步骤5，根据影像I1和I2′的同名点对，计算地表在无人机影像I1和I2两个不同获取时相间的水平移动，并结合地下开采资料剔除误匹配的同名点对，对于剩下的同名点对计算得到的地表水平移动做空间插值，得到影像空间内连续的水平移动；

步骤6，根据影像空间内连续的水平移动，以及煤矿开采沉陷模型中下沉和水平移动之间的关系，计算两个不同时相的无人机影像I1和I2间的地表下沉值；

步骤7，将地表水平移动重投影到与开采走向方向平行的方向，同时将地表水平移动重投影到与开采走向方向垂直的方向，融合地表下沉值和重投影后的地表水平移动，得到地表的三维形变值。