基于小波变换的矿区面状沉陷多尺度分析与变形规律研究

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在矿区沉陷监测工作中,受自然条件及数据处理方法等因素的影响,采用无人机摄影测量进行矿区地表变形监测会使得面状沉陷的出现信息表达完整性缺失和精度较低的问题,影响矿区地表变形规律的研究分析及沉陷预计。本文将基于无人机摄影测量方法获取的内蒙古某矿沉陷监测数据,研究提升面状沉陷信息表达完整性和精度的方法,并进行地表变形规律分析,研究表明:将地形分析方法和小波多尺度分析方法应用至矿区面状沉陷数据处理,能够提升面状沉陷信息表达的完整性和精度,对其进行沉陷预计和变形规律分析后,能够为人们准确认识面状沉陷盆地、优化预计模型以及为该矿区及其类似矿区沉陷区地表建筑物保护和矿区生态环境修复提供一定的指导意义。本文的主要研究成果如下:(1)将两期地面点云采用局部多项式插值构建DEM,并叠加生成不同分辨率的沉陷盆地,然后对不同分辨率的沉陷盆地的坡度、地表粗糙度和地形起伏度进行提取统计和变化规律分析,得出与沉陷盆地分辨率相关性最好的地形因子统计指标为坡度均值、粗糙度最大值和地形起伏度均值;对相关性最好的地形因子统计指标随分辨率的变化趋势进行综合分析,得出沉陷盆地的最佳分辨率为4m。(2)对4m分辨率的沉陷盆地进行小波多尺度分解和阈值去噪,结果表明:初始沉陷盆地的均方根误差为117mm,经过小波处理后的沉陷盆地,其异常的下沉信息得到了有效消除,表面破碎程度和离散程度得到了大幅度削弱,在分解层数为4时精度最好,均方根误差为83mm,相较于原始沉陷盆地提升了29%。(3)对实测面状下沉与概率积分预计下沉的比较分析表明:实测地表下沉在充分采动区域,不会出现预计下沉那样明显的平底区域,其主要原因为:预计时选取等厚煤层,而实际煤层为非等厚;沉陷区所处于的地形变化会在一定程度上影响地表沉降,概率积分模型无法考虑该因素;上覆岩层通常存在概率积分预计时难以考虑的大小不一的断层等地质构造。(4)对实测与预计的倾斜、水平变形等沉陷变形的比较分析表明:预计走向方向倾斜和水平变形为零的区域,实测值则分布比较零散,且与预计值相比均表现出较大的差异;在大量预计水平变形为零的区域,出现了可造成地表建筑物Ⅳ级损坏的实测水平变形,造成该现象的主要原因是:煤层厚度和倾角的变化、地形条件以及能够探明的和难以探明的岩层结构等因素。
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