[发明专利]一种基于无人机遥感与三维SPH的尾矿库溃坝泥浆演进模拟方法

说明书

本发明公开了一种基于无人机遥感与三维SPH的尾矿库溃坝泥浆演进模拟方法，属于矿山岩土工程技术领域，包括圈定尾矿库的待研究区域，获取尾矿库规划方案；确定尾矿库溃坝泥浆演进的研究范围；规划无人机航测线路；使用摄影测量运动恢复结构算法处理无人机航测数据，重建获取高分辨率正射影像与数字表面模型地形数据；导出地形数据，确定溃口形态并建立三维几何模型；测试溃坝泥浆流变参数；建立基于SPH算法的溃坝泥浆演进三维模型；编译SPH计算程序，在高性能计算集簇上实现CPU/GPU的并行运算。本发明为尾矿库溃坝灾害风险评估提供科学依据，解决实验室相似模拟方法以及传统网格类方法存在的缺陷，实现尾矿库溃坝灾害风险评估的定量化与可视化。

技术领域

本发明公开了一种基于无人机遥感与三维SPH的尾矿库溃坝泥浆演进模拟方法，属于矿山岩土工程技术领域。

背景技术

尾矿库是用以堆存矿山采选废弃物的场所，是公认的具有高势能的人造泥石流重大危险源，近十年国内外尾矿库溃坝事故频发，事故造成惨重人员伤亡、巨额财产损失与难以修复的环境污染。尾矿库溃坝泥浆演进的模拟与超前预测，准确获取溃坝影响区域及泥浆演进过程的技术参数，对于尾矿库防灾减灾、制订科学合理的应急管理方案具有重要参考价值。

因溃坝类灾害破坏性强、过程不易控制，不具备开展现场工业测试的可能性，当前该领域的研究与相关发明主要包括实验室物理相似模拟手段与数值模拟方法两类。实验室物理相似模拟方法存在适用范围小、可重复性差、观测系统造价高、下游地形粗略等缺点，对于工程实践参考价值有限；网格法数值模拟手段在计算诸如溃坝、泥石流、滑坡类型的大变形实施例时，容易因网格畸变等出现误差，且具有假设条件理想化、忽略或简化下游地形、时效性差等缺陷，计算结果与实际情况相差较大。

发明内容

本发明公开了一种基于无人机遥感与三维SPH的尾矿库溃坝泥浆演进模拟方法，以解决现有技术适用范围小、可重复性差、观测系统造价高、下游地形粗略的问题。

一种基于无人机遥感与三维SPH的尾矿库溃坝泥浆演进模拟方法，包括：

S1.圈定尾矿库的待研究区域，获取尾矿库规划方案；

S2.根据步骤S1的待研究区域确定尾矿库溃坝泥浆演进的研究范围；

S3.规划无人机航测线路，完成无人机航测并获取无人机航测数据；

S4.使用摄影测量运动恢复结构算法处理步骤S3中的无人机航测数据，重建获取高分辨率正射影像和数字表面模型地形数据；

S5.导出步骤S4中的数字表面模型地形数据，综合尾矿库规划方案确定溃口形态并建立三维几何模型；

S6.现场取样尾矿样本，测试溃坝泥浆流变参数；

S7.根据步骤S6测试获得的泥浆流变参数，建立基于SPH算法的溃坝泥浆演进三维模型；

S8.编译SPH计算程序，在高性能计算集簇上实现CPU/GPU的并行运算；

S9.处理步骤S8中的运算结果。

优选地，步骤S1和S5中的尾矿库规划方案可替换为已建造尾矿库基本参数。

优选地，步骤S2中，无人机航测包括地面控制点布置与现场外业测量。

优选地，步骤S2中，无人机航测获得影像数据与地面控制点数据。

优选地，步骤S8中，根据步骤S7测试获得的泥浆流变参数，先建立溃坝泥浆流体动力学模型，然后设置光滑粒子流体动力学粒子初始特征值，最后建立基于SPH算法的溃坝泥浆演进三维模型。

优选地，步骤S10中，处理运算结果具体为：

获取溃坝泥浆在下游真实地形上的以下关键参数：演进路径、时间进程、最终波及范围和淹没深度；