CN114677485B - 基于遥感和gis的破损山体建模、稳定性及设计一体化分析方法 - Google Patents
基于遥感和gis的破损山体建模、稳定性及设计一体化分析方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114677485B CN114677485B CN202210359099.9A CN202210359099A CN114677485B CN 114677485 B CN114677485 B CN 114677485B CN 202210359099 A CN202210359099 A CN 202210359099A CN 114677485 B CN114677485 B CN 114677485B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- slope
- design
- stability
- damaged mountain
- mountain
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000013461 design Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000012351 Integrated analysis Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000005065 mining Methods 0.000 claims description 7
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 6
- 238000005422 blasting Methods 0.000 claims description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000004575 stone Substances 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 2
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 claims description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims description 2
- 238000012876 topography Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000002265 prevention Effects 0.000 abstract 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 244000144972 livestock Species 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
- G06T17/05—Geographic models
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
- G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
- G06Q50/10—Services
- G06Q50/26—Government or public services
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
- G06T17/20—Finite element generation, e.g. wire-frame surface description, tesselation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
- G06F2111/10—Numerical modelling
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/02—Reliability analysis or reliability optimisation; Failure analysis, e.g. worst case scenario performance, failure mode and effects analysis [FMEA]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Tourism & Hospitality (AREA)
- Computer Graphics (AREA)
- Development Economics (AREA)
- Economics (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Educational Administration (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Human Resources & Organizations (AREA)
- Marketing (AREA)
- Primary Health Care (AREA)
- Strategic Management (AREA)
- General Business, Economics & Management (AREA)
- Processing Or Creating Images (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
基于遥感和GIS的破损山体建模、稳定性及设计一体化分析方法，属于破损山体生态修复技术领域。所述的一体化分析技术适用于地势陡峭的破损山体分析，首先收集资料，用于辅助进行前期航线设计；根据前期现场踏勘情况及航线设计参数实施无人机倾斜摄影获取测区完整的倾斜多视影像数据；结合已获取的数据及其他参数文件，借助精细建模软件构建测区实景三维模型以及对其进行稳定性分析；根据模型分析结果进行破损山体地质灾害防治及生态修复工程设计。本发明是基于无人机遥感和GIS等手段，精确探测和分析破损山体的工程实例，对相关破损山体探测及治理工程具有重要的参考价值。
Description
技术领域
本发明属于破损山体生态修复技术领域，适用于地势陡峭的山体分析，尤其是涉及无人机遥感和GIS的新型分析方法。
背景技术
露天矿山开发不断地改变着原有的地形、地貌和原有的地质结构，形成众多破损山体，影响地应力的平衡、水均衡，大量侵占与破坏土地，引起一系列复杂的矿山生态环境问题。山水林田湖草沙冰各要素中，山的系统修复具有突出的引领地位。但由于历史遗留废弃矿山数量众多，加之生态问题复杂、影响严重、治理资金投人不足等问题，破损山体生态修复工作困难重重，任务繁重，矿区生态安全形势依然严峻。
本发明针对传统破损山体生态修复设计中存在的精度低、成本高及周期长的问题。提出基于遥感和GIS的破损山体建模、稳定性及设计一体化分析技术，具备高效、高准确度优势，可大大减少设计工作时间和人力资源消耗，降低地形地貌复杂性对测绘可行性的影响。
发本发明综合应用无人机遥感和GIS技术，快速完成破损山体地形地貌测绘、构建高精度破损山体三维实景模型，然后将模型调入数值模拟软件实现三维边坡稳定性分析，进一步调入设计软件完成破损山体治理工程设计，提高测绘、分析、设计工作的效率和效果。
本发明所采用的技术方案是：
基于遥感和GIS的破损山体建模、稳定性及设计一体化分析方法，其步骤为：
1)摄区平均高程位置影像分辨率优于1.5cm，最低点影像分辨率优于2cm；航向重叠度设计为70％～80％，旁向重叠度设计为60％～70％，相机倾斜角度设计为40°～50°；测区边界角点布设像控点，其余区域控制点均匀分布，点与点之间的距离控制在150m～200m之间；
2)根据前期现场踏勘情况及航线设计参数实施无人机倾斜摄影获取测区完整的倾斜多视影像数据；获取的多视影像数据包括垂直影像及倾斜影像，共5个角度的影像，通过创建相机文件路径及对照片重新编号区分各个角度的影像数据；为避免POS数据出现遗漏，进行POS数据重复提取；利用CONTEXT CAPTURE软件平台，生成测区实景三维模型；
3)利用ANSYS调入所生成三维模型，在ANSYS中设置好局部坐标，使局部坐标与FLAC坐标系相同，利用ANSYS转FLAC3d功能实现转换并保存转换后的数据；与FLAC3d接口后，用FLAC3d进行边坡稳定性分析，通过设定模型边界条件和载荷工况，实现边坡三维稳定性分析，完成模拟并保存模拟后模型，使提供破损山体的水平位移、塑性区、滑移面的位置及大小等边坡基本设计参数；
4)利用SURPAC软件平台结合所得到的参数进行边坡加固设计、边坡疏于排水设计、临近边坡减震爆破设计以及边坡岩体位移监测设计。将治理区高陡开采面分台阶削坡平盘，削坡工程采用自上而下的分层施工，其工艺依次为穿孔、爆破、采装及运输；沿各级台阶坡脚设置浆砌石挡土墙，沿边坡坡顶布置围栏防护网、警示标志。
本发明创造的有益效果：
基于遥感和GIS的破损山体建模、稳定性及设计一体化分析方法主要针对原有的地形、地貌和原有地质结构被破坏的破损山体。其方法统筹了综合治理环境污染和修复生态系统两大策略，对地应力的平衡、水均衡，大量侵占与破坏土地等一系列复杂的破损山体生态环境问题得以解决。
附图说明
图1：破损山体研究区范围遥感影像平面图。
图2：CONTEXT CAPTURE构建的破损山体三维模型。
图3a：破损山体测区的工程断面图。
图3b：破损山体治理前的稳定性图。
图3c：破损山体治理后的稳定性图。
具体实施方式
下面将结合本发明创造实施例中的附图，对本发明创造实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明创造一部分实施例，而不是全部的实施例。
基于遥感和GIS的破损山体建模、稳定性及设计一体化分析方法，步骤为：
(1)摄区平均高程位置影像分辨率优于1.5cm，最低点影像分辨率优于2cm；航向重叠度设计为70％～80％，旁向重叠度设计为60％～70％，相机倾斜角度设计为40°～50°；为保证摄区有效覆盖，测区航向及旁向覆盖均需超出测区边界一个相对航高值的范围；测区边界角点要求布设像控点，其余区域要求控制点均匀分布，点与点之间的距离控制在150m～200m之间；选点时充分利用现场地形、地物条件进行布点。
(2)根据前期现场踏勘情况及航线设计参数实施无人机倾斜摄影获取测区完整的倾斜多视影像数据。获取的多视影像数据包括垂直影像及倾斜影像，共5个角度的影像，通过创建相机文件路径及对照片重新编号区分各个角度的影像数据。另外,为避免POS数据出现遗漏，需进行POS数据重复提取，确保和影像对应。利用CONTEXT CAPTURE软件平台，在其中创建新工程→工程名称→影像→添加影像→导入POS数据→点击“概要”中的“提交空中三角测量”→导入像控点→选择中央子午线→新建重建项目→选择成果格式有3MX，OSGB，从而生成测区实景三维模型。
(3)利用ANSYS调入所生成三维模型，在ANSYS中设置好局部坐标使之与FLAC坐标系相同，打开ANSYS转Flac 3d.exe，点击输入节点信息、输入单元信息，点击转换并保存转换后的数据。与FLAC接口后，操作file→importgrid→选择上述文件即可，进而用FLAC进行边坡稳定性分析。首先设置在建立的模型中显示不同的颜色分布用于方便区分。正式开始创建模型，对其进行分层，每一地层都用坐标来确定这一层的具体大小，从而可以确定模型的整个体积。对各层添加岩性参数并赋值，让其拥有地层的属性值，设置添加等值线使得在模型上看到发生的变化，这样当模型模拟后，变化的点会发生相应的变化并显示在模型上，从而可以直观地看到变化部分显示出来。当解决了模型边界问题后，对不平衡力命令进行检测，当不平衡力慢慢接近于极小值时，表示计算稳定，达到某一个值时，建模就会停止，FLAC3D模型创建成功，保存即可。使用null进行具体模拟的命令，利用确定的范围从模型中抹掉，完成模拟并保存模拟后模型，使其提供边坡基本设计参数，最后得出最佳的稳定性方案。
(4)利用SURPAC软件平台结合所得到的稳定性方案进行设计一体化分析。将治理区高陡开采面分台阶削坡平盘，削坡工程采用自上而下的分层施工，其工艺依次为穿孔、爆破、采装及运输，每层台阶高度10m，坡比不大于1:0.75，每层平台宽度不小于3m。为预防削坡后台阶边坡出现节理发育，坡脚局部破碎的情况，提高边坡稳定性，保证各台阶安全，沿各级台阶坡脚设置浆砌石挡土墙，为防止周边居民或牲畜跌落，沿边坡坡顶布置围栏防护网、警示标志，从而实现破损山体生态修复设计分析。
实施例1：
如图1所示，摄区平均高程位置影像分辨率优于1.5cm，最低点影像分辨率优于2cm；航向重叠度设计为70％～80％，旁向重叠度设计为60％～70％，相机倾斜角度设计为40°～50°。为保证摄区有效覆盖，测区航向及旁向覆盖均需超出测区边界一个相对航高值的范围。测区边界角点要求布设像控点，其余区域要求控制点均匀分布，点与点之间的距离控制在150m～200m之间；选点时充分利用现场地形、地物条件进行布点。根据前期现场踏勘情况及航线设计参数实施无人机倾斜摄影获取测区完整的倾斜多视影像数据。
如图2所示，利用CONTEXT CAPTURE软件平台，在其中创建新工程→工程名称→影像→添加影像→导入POS数据→点击“概要”中的“提交空中三角测量”→导入像控点→选择中央子午线→新建重建项目→选择成果格式有3MX，OSGB，从而生成测区实景三维模型。
如图3所示，(a)为测区的工程断面，结合工程治理方案，利用ANSYS、FLAC软件平台，根据工程断面进行边坡稳定性分析，分别分析计算了破损山体治理前如图(b)和治理后如图(c)的稳定性，从而得到满足安全要求的稳定性方案。通过利用SURPAC软件平台结合所获得的稳定性方案进行稳定性及设计一体化分析，对破损山体进行一个模拟性修复方案，从而实现破损山体生态修复初步设计。
Claims (1)
1.基于遥感和GIS的破损山体建模、稳定性及设计一体化分析方法，其特征在于，其步骤为：
1)摄区平均高程位置影像分辨率优于1.5cm，最低点影像分辨率优于2cm；航向重叠度设计为70％～80％，旁向重叠度设计为60％～70％，相机倾斜角度设计为40°～50°；测区边界角点布设像控点，其余区域控制点均匀分布，点与点之间的距离控制在150m～200m之间；
2)根据前期现场踏勘情况及航线设计参数实施无人机倾斜摄影获取测区完整的倾斜多视影像数据；获取的多视影像数据包括垂直影像及倾斜影像，共5个角度的影像，通过创建相机文件路径及对照片重新编号区分各个角度的影像数据；为避免POS数据出现遗漏，进行POS数据重复提取；利用CONTEXT CAPTURE软件平台，生成测区实景三维模型；
3)利用ANSYS调入所生成三维模型，在ANSYS中设置好局部坐标，使局部坐标与FLAC坐标系相同，利用ANSYS转FLAC3d功能实现转换并保存转换后的数据；与FLAC3d接口后，用FLAC3d进行边坡稳定性分析，通过设定模型边界条件和载荷工况，实现边坡三维稳定性分析，完成模拟并保存模拟后模型，使提供破损山体的水平位移、塑性区、滑移面的位置及大小边坡基本设计参数；
4)利用SURPAC软件平台结合所得到的参数进行边坡加固设计、边坡疏于排水设计、临近边坡减震爆破设计以及边坡岩体位移监测设计；将治理区高陡开采面分台阶削坡平盘，削坡工程采用自上而下的分层施工，其工艺依次为穿孔、爆破、采装及运输；沿各级台阶坡脚设置浆砌石挡土墙，沿边坡坡顶布置围栏防护网、警示标志。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210359099.9A CN114677485B (zh) | 2022-04-07 | 2022-04-07 | 基于遥感和gis的破损山体建模、稳定性及设计一体化分析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210359099.9A CN114677485B (zh) | 2022-04-07 | 2022-04-07 | 基于遥感和gis的破损山体建模、稳定性及设计一体化分析方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114677485A CN114677485A (zh) | 2022-06-28 |
| CN114677485B true CN114677485B (zh) | 2024-05-07 |
Family
ID=82078859
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210359099.9A Active CN114677485B (zh) | 2022-04-07 | 2022-04-07 | 基于遥感和gis的破损山体建模、稳定性及设计一体化分析方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114677485B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107604931A (zh) * | 2017-11-08 | 2018-01-19 | 辽宁大学 | 一种抗滑桩与土工格栅相结合的破损山体修复方法及结构 |
| CN108280880A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-07-13 | 长春工程学院 | 一种利用遥感影像提高山体的数字高程数据分辨率的方法 |
| KR20180122872A (ko) * | 2017-05-04 | 2018-11-14 | 최현석 | 빗물 저장블록 단위 기반 빗물관리 시스템 |
| CN110136259A (zh) * | 2019-05-24 | 2019-08-16 | 唐山工业职业技术学院 | 一种基于倾斜摄影辅助bim和gis的三维建模技术 |
| CN113449421A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-09-28 | 国家电网公司西南分部 | 基于Morgenstern-Price方法的滑坡稳定性分析方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130223187A1 (en) * | 2011-11-11 | 2013-08-29 | International Geophysical Company, Inc. | Geological Structure Contour Modeling and Imaging |
-
2022
- 2022-04-07 CN CN202210359099.9A patent/CN114677485B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180122872A (ko) * | 2017-05-04 | 2018-11-14 | 최현석 | 빗물 저장블록 단위 기반 빗물관리 시스템 |
| CN107604931A (zh) * | 2017-11-08 | 2018-01-19 | 辽宁大学 | 一种抗滑桩与土工格栅相结合的破损山体修复方法及结构 |
| CN108280880A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-07-13 | 长春工程学院 | 一种利用遥感影像提高山体的数字高程数据分辨率的方法 |
| CN110136259A (zh) * | 2019-05-24 | 2019-08-16 | 唐山工业职业技术学院 | 一种基于倾斜摄影辅助bim和gis的三维建模技术 |
| CN113449421A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-09-28 | 国家电网公司西南分部 | 基于Morgenstern-Price方法的滑坡稳定性分析方法 |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| 三维实景建模在山体慢道设计中的应用;杜欣俊;;绿色环保建材;20200425(04);全文 * |
| 基于评价理论及多软件联合建模的采空区稳定性分析与应用;王路遥;蒋腾龙;潘承武;段志伟;贤梁明;陈庆发;;采矿技术;20191115(06);全文 * |
| 对破碎山体实施生态修复治理的对策思考;杨万利;;国家林业局管理干部学院学报;20180620(02);全文 * |
| 排岩场人工裸地模拟天然地貌生态修复工程实践;刘文锋;苑兴伟;梁国海;张华春;董晓南;毛伟伟;潘颖;;黄金;20200815(08);全文 * |
| 无人机倾斜摄影技术在露天矿山修复监测中的应用;周小杰;杜鹏;曾静静;丁晓龙;;城市勘测;20200531(02);全文 * |
| 自适应地形倾斜摄影测量技术在矿山污染治理中的应用;杨刚;申恩昌;;西北水电;20200930(S1);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114677485A (zh) | 2022-06-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2023185734A1 (zh) | 一种基于三维点云数据库的矿山数字模型建立方法 | |
| CN114659492B (zh) | 一种隧道掘进用监测平台及监测方法 | |
| CN111428306A (zh) | 一种道路精细化设计方法 | |
| CN111191307B (zh) | 一种基于bim+gis技术的土方工程虚拟施工方法 | |
| CN113362469B (zh) | 综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法 | |
| CN102635059B (zh) | 一种桥梁勘察方法 | |
| CN107392348A (zh) | 利用bim技术对土石方调配方案进行优化的方法 | |
| CN111125820B (zh) | 一种基于bim+gis的施工场地空间虚拟施工方法 | |
| CN111553007B (zh) | 一种在边坡二维计算剖面中自动生成几何工况的方法 | |
| CN115690354B (zh) | 一种基于三维实景数值分析的浅埋隧道施工动态控制方法 | |
| CN108842821B (zh) | 一种钻爆法修建海底隧道合理埋深的计算方法 | |
| CN109635367A (zh) | 一种掘进机三维模拟方法、装置及系统 | |
| KR20190063905A (ko) | 철도 인프라 3d 모델링 장치 및 방법 | |
| CN110672073B (zh) | 一种基于三维遥感技术辅助隧址区施工的方法及装置 | |
| Labant et al. | Geodetic determining of stockpile volume of mineral excavated in open pit mine | |
| CN113536414B (zh) | 基于三维建模的岩质边坡稳定性分析方法、系统及介质 | |
| CN114677485B (zh) | 基于遥感和gis的破损山体建模、稳定性及设计一体化分析方法 | |
| CN116776449A (zh) | 一种基于SketchUp软件的核电厂厂区总平面布置方法及系统 | |
| KR102173409B1 (ko) | 드론을 활용한 선제적 건설사업관리 시스템 및 방법 | |
| CN108984908B (zh) | 利用bim技术辅助人防洞室改造的施工方法 | |
| Hong et al. | Virtual reality (VR)–based intelligent tunneling information system | |
| CN115652960A (zh) | 一种基于bim及倾斜摄影的边坡支护施工方法 | |
| CN112861375B (zh) | 露天矿山采空区精细化验收方法、系统、设备及介质 | |
| CN110106825A (zh) | 一种用于人工湖智能填挖的施工工艺 | |
| Sabanovic et al. | Demands on digital data capturing of TBM and conventional tunnel drives |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |