一种基于新型雷达和传感器技术的矿山管理方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于新型雷达和传感器技术的矿山管理方法，可获得观测区域比较准确的高分辨图像，获得比较精确的观测区域内观测物距离、尺寸信息，且可获得观测物的形变、沉降信息，相比较传统的光学遥感、测绘技术，雷达具备以下优点：观测区域大，作用距离远，雷达测绘距离最大可达数公里，拥有同样观测距离的光学设备价格十分昂贵，且观测范围亦不及雷达；可靠性高，雷达设备无精密敏感部件暴露在外，因而不易损坏，亦无须特殊维护要求，一般光学测绘设备的镜头需要特殊维护；昼、夜均可正常工作，而一般光学测绘设备则需要观测区域有一定的光照强度；对环境的适应能力较高，一般的雨、雾、雪、烟、尘等天气或环境下均可正常工作。
【专利说明】一种基于新型雷达和传感器技术的矿山管理方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于矿山管理领域，具体涉及一种基于新型雷达和传感器技术的矿山管理方法。
【背景技术】
[0002]尾矿库是指筑坝拦截谷口或围地构成的，用以堆存金属或非金属矿山进行矿石选别后排出尾矿泥或其他工业废渣的场所。尾矿库是矿山企业最大的环境保护工程项目。可以防止尾矿向江、河、湖、海沙漠及草原等处任意排放。一个矿山的选矿厂只要有尾矿产生，就必须建有尾矿库，尾矿库是矿山选矿厂生广必不可少的组成部分。尾矿库是一个具有闻势能的人造泥石流的危险源，在长达十多年甚至数十年的期间里，各种自然的(雨水、地震、鼠洞等)和人为的(管理不善、工农关系不协调等)不利因素时时刻刻或周期性地威胁着它的安全。这些尾矿数量巨大，含有暂时不能处理的有用或有害成分，随意排放，将会造成资源流失，大面积覆没农田或淤塞河道，污染环境。事实一再表明，尾矿库一旦失事，将给工农业生产及下游人民生命财产造成巨大的灾害和损失。世界各国都非常重视尾矿库的安全，一些发达国家都把对尾矿库的安全列为该国劳动部门安全监察的重要内容。
[0003]我国存在着大量废弃的尾矿库、排土场、露采坑以及因采矿破坏的荒山荒地。新中国建立后，尾矿库工程专业队伍从无到有，现已拥有尾矿工程科研、勘察、设计、施工与生产管理的各类人才，且专业齐全、水平较高、素质过硬。在尾矿浓缩与输送的理论研究和新型高效设备的应用，高堆坝渗流与稳定分析的理论研究和生产实践，降低坝内浸润线增加坝体稳定的理论与实践，岩溶区和地震区的尾矿库建设，尾矿水处理，尾矿坝观测系统，中线法和下游法筑坝工艺研究和实践，细泥筑坝理论与实践，排水系统、复垦和尾矿的综合利用等方面都达到了很高水平。
[0004]传统测量方法是根据事先埋设的地标目测或人工现场测量，这种方法人工消耗较大，不便于连续监测，对操作人员也存在安全隐患。近年来出现的测量方法是利用库区水位高程，结合干滩坡度计算获得，由于分散排放的坡度不够均匀，测量准确度并不理想。
[0005]坡度推算法
坡度推算法采用干滩高程(包括滩顶和干滩上)采用超声波测量法(或其他测高程方法)进行监测，在尾矿库干滩上设置多个剖面，每个剖面设两个监测点，其中第一监测点设置在靠近坝体的干滩滩顶处，第二监测点则对应地设置在从坝体向库区水位方向按国家标准规定的距离位置。在设定的监测点埋设立杆，安装超声波液位计，预先测定好液位计的高程及相对距离，通过测量液位计距滩面的高度来计算干滩高程，求出出干滩坡度，再结合水面高度来计算干滩长度、安全超高等信息。该方式实现了尾矿库干滩数据在各种恶劣条件下的自动化采集，实现了尾矿库干滩数据、安全高差、调洪高差在各种条件下的实时监测，具有产业上的利用价值。但这种方法的缺点也是显而易见的，干滩测量一般需要取多个剖面，获得多个剖面的测量结果，然后取其中最小值作为干滩长度。采用这种方法需要部署数量庞大的安装杆，无论是工程安装上、还是成本上都存在缺陷。还有激光折线推断法，该方式通过固定在干滩顶部边两头的两根直杆，其中第一根直杆顶端设置一字线激光器，使其发出的线性激光照射在第一根直杆和干滩斜坡上，形成激光亮线，其中，在干滩斜坡上形成的亮线与干滩顶部的边垂直；第二根直杆顶端设置有CCD光电器件，使其靶面接收到一字线激光器照射在第一根直杆和干滩斜坡上的激光亮线的漫反射光，显示反应直杆上的亮线和干滩斜坡上的亮线的线性激光折线。通过提取CCD光电器件靶面上的光折线信息得到折线的夹角，用激光三角法求得折线的夹角与干滩坡度之间的关系，进而求得干滩的坡度；通过折线在CCD光电器件靶面上的位置变化，水位的高程值以及测出的干滩坡度可求出干滩的长度。
[0006]光学图像识别法
光学成像自动识别水线的立体几何测量的方法基于图像识别，应用图像识别技术将尾矿库干滩图像二值化，从而使干滩图像变得简单，而且数据量减小，并能凸显出尾矿坝坝体及干滩的轮廓。其次，将二值化后的干滩图像进行处理与分析，利用像素检测技术计算分析干滩高度，进而分析出需要的精确数据结果。最后利用识别出的干滩高度与斜率计算出尾矿坝的干滩长度。
[0007]在气象条件较好时可以实现自动测量，在成像质量欠佳时需要操作人员进行交互，对实时采集的干滩画面人工划定水线，即可自动计算出当前干滩长度。
[0008]利用光学图像识别技术对尾矿库干滩图像的准确分割，分析计算后所得数据准确，计算出的干滩长度，实时性较强，满足了对尾矿坝干滩长度的在线实时监测要求。
[0009]这种方式可以同时监测一大片区域，但是光学设备的测量精度并不是十分高，而且易受烟、雾、雨、雪、光照等气候条件与环境条件的影响，使用上会受到较大的限制。
[0010]全站仪测角测距法
采用全站仪进行角度、距离测量进行干滩监测的方式具有非接触式测量，精度高等特点，结合水位数据可以实时得到滩顶高程、安全超高、干滩坡度和最小干滩长度等信息。原理如下:1.在滩顶合适位置安装一台全站仪，通过远程控制仪器对干滩进行测量得到上图所示三角形中最顶上的角度、边长，通过简单的数学计算即可求出该三角形的所有因素；
2.利用数学计算求得干滩坡度、长度；
3.由于仪器所在位置的高程已知，可求出滩顶高程，结合库水位高程即可求得安全超闻;
4.通过仪器水平方向上的测角测距可实现多个干滩监测剖面的监测，通过比较即可获得最小干滩长度等所需信息。
[0011]近景立体摄影测量技术
该方式基于近景立体摄影测量技术，通过视频终端捕捉干滩图像，采用近景立体摄影测量原理，根据图像特征提取和影像匹配的结果，在立体影像上进行目标点量测和定位等，结合水位等其他基础数据解算干滩长度、滩顶高程、干滩坡度、测点高程等数据。实现原理如下:
1.为了精确地解算影像的定向参数，需在尾矿库的坝顶、干滩、澄清水、山顶等测区周边位置处按照三维、均匀布设原则放置控制标志；
2.利用全站仪、经纬仪对所布设的控制标志进行联测，建立控制基准；
3.在合适位置进行立体摄影；4.对立体摄影进行线、面特征的提取与识别:
为了确定与识别澄清水与干滩之间的分界线，采用线特征提取法对其进行识别与提取，提取出分界线特征后，采用边缘细化与跟踪方法，提取出分界线。
[0012]对于影像定向参数的解算和目标点的定位采用直接线性变换方法，直接线性变换公式为:
【权利要求】
1.一种基于新型雷达和传感器技术的矿山管理方法，包括:步骤一:使用雷达监测尾矿库干滩长度，雷达安置部署在固定位置，雷达对监测区域进行扫描，形成的二维图像，从二维图像中科分辨出水线、干滩轮廓线，雷达图像不同于光学图像，雷达图像中包含有精确的距离信息，雷达实际监测区域为雷达照射正面的扇形区域，雷达成像后的每一个分辨单元同样是扇形，经过几何校正，雷达图像可形成类似于一般光学图像的效果； 步骤二:基于雷达成像技术连续获得监测区域的二维图像后，利用雷达图像中的相位信息可解算出尾矿库坝体的位移量，采用这种技术的尾矿库坝体形变监测精度取决于图像的信噪比，可使用强散射的角反射器安装在需要监测的位置上，加强监测点的散射效果，提高图像的局部信噪比，此时可获得亚毫米级别的位移监测精度。
2.根据权利要求1所述的基于新型雷达和传感器技术的矿山管理方法，其特征在于雷达部署在一定的高度，向下俯视扫描所需监测的尾矿库区域，利用水线到干滩顶部的距离信息、雷达的照射角即可结算出精确的干滩长度，并可得出监测区域内干滩所有剖面的干滩长度，取其中最小者即为最小干滩长度。
【文档编号】G01V3/12GK104181606SQ201310199236
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年5月24日 优先权日:2013年5月24日
【发明者】黄云, 邓露, 陈宇亮, 吴阳香 申请人:黄云