【摘 要】
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针对传统测量方法提取矿区地表形变存在获取数据是离散、低密度,不能完整有效的对建筑物损坏等级进行评价,并且在利用三维激光扫描技术进行矿区开采沉陷地表形变监测时,当工作面地表被大量植被覆盖、工作面上方地表积水时,常规三维激光扫描技术获取点云数据去噪困难、甚至点云数据缺失。此时利用常规三维激光扫描技术监测开采沉陷无法获取开采沉陷地表形变场等问题。在概率积分模型辅助下,本文拟提出一种基于概率积分模型辅助的
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针对传统测量方法提取矿区地表形变存在获取数据是离散、低密度,不能完整有效的对建筑物损坏等级进行评价,并且在利用三维激光扫描技术进行矿区开采沉陷地表形变监测时,当工作面地表被大量植被覆盖、工作面上方地表积水时,常规三维激光扫描技术获取点云数据去噪困难、甚至点云数据缺失。此时利用常规三维激光扫描技术监测开采沉陷无法获取开采沉陷地表形变场等问题。在概率积分模型辅助下,本文拟提出一种基于概率积分模型辅助的煤矿开采沉陷三维激光扫描监测方法（3DLS-PIM）以及基于三维激光扫描技术的矿区建筑物形变监测及采动损害评估方法,实现了对开采沉陷地表形变盆地的预计,得到开采沉陷地表全盆地形变。本文通过上述研究主要获得如下成果:1)分析了三维激光扫描精度影响因素及规律。阐述了三维激光扫描基本原理并且分析了三维激光扫描误差来源。结合HS-650扫描仪进行了内外符合精度评价、仪器不等高、仪器扫描目标物的距离以及点云密度的设置对测量结果的影响等校内仿真实验,并由此设计出HS-650扫描仪在煤矿区进行实地测量时的观测方案。为下文基于三维激光扫描技术的模型建立与研究提供了理论与实践基础。2)提出了基于QPSO算法的球形标靶几何中心估计方法。针对传统的方法在求取球心坐标过程中存在计算量大、线性化过程复杂等问题,构建了基于QPSO算法的标靶球拟合算法。模拟实验验证了 QPSO算法应用于标靶球球心拟合具有一定的抗随机误差的能力,并且有助于提高坐标转换精度和监测的结果准确性;结合工程实例,验证了基于QPSO算法的标靶球球心拟合模型的实用性。3)构建了基于概率积分法辅助的开采沉陷三维激光扫描监测方法（3DLS-PIM）。在QPSO算法与概率积分模型的辅助下,建立了基于3DLS-PIM的开采沉陷监测辅助条件方程及参数估计方法,并介绍了基于3DLS-PIM的开采沉陷监测方法的监测原理与应用流程。通过模拟实验探讨了基于QPSO的3DLS-PIM参数求解效率、波动性、抗随机误差能力、抗粗差能力以及抗缺失点能力;并开展了一种基于概率积分法辅助的煤矿开采沉陷三维激光扫描监测方法的案例研究,验证了联合3DLS-PIM模型的矿区三维形变监测方法的工程应用价值。4)发展了基于三维激光扫描的矿区建（构）筑物采动损害监测与预测方法。介绍了基于三维激光的建筑物变形监测精度设计方法、建筑物移动与变形计算与采动损害评估方法;并结合工程实例设计了三维激光扫描仪观测方案,依据观测方案对建筑物进行了变形提取与采动损害评估,随后对工程实例结果进行了精度评定;最后将利用三维激光扫描仪直接监测提取矿区建筑物形变值与基于3DLS-PIM模型预测值进行对比,两种方法对于建筑物的评估结果一致,验证了3DLS-PIM模型的正确性和可实用性。为三维激光扫描技术应用于煤矿区地表的建（构）筑物采动损害监测与预测提供了可行性方案。图43表21参111
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