基于无人船与GIS的沉陷水域水资源监测研究

来源期刊：煤炭科学技术2020年第9期

论文作者：叶伟 徐良骥 张坤 宋承运 张传才 牛亚超 李科 王伟

文章页码：227 - 235

关键词：无人船;沉陷水域;水下地形;水下库容;GIS;

摘    要：张集矿、谢桥矿、丁集矿、顾桥矿及顾北矿5对矿井以往大规模开采煤矿,在矿井附近形成了大范围的沉陷水域,并且大部分沉陷水域处于无利用和网箱养鱼的现状。为了合理利用沉陷水域水资源,需要对其库容量和水下地形进行准确地获取。基于无人船测量水深精度高以及具有目标探测和自动避障等优点,对于40 000 m~2以内的小面积空阔沉陷水域采用遥控器控制模式进行无人船测量,对于大面积网箱(竹竿拉网)覆盖以及超过40 000 m~2的大面积沉陷水域等特殊水域,采用航线规划模式进行无人船测量,对于河蚌养殖、杂草覆盖的特殊沉陷水域,通过机动船载人近距离使用遥控器控制无人船进行测量。无论应对何种类型沉陷水域,无人船测量均采用网格状航行路线,并采用打标点的数据采集模式进行测量,打标点间隔设置为5 m。通过无人船配套软件对水深数据信号进行校正,校正后的数据导入ArcGIS生成水深分布图。通过MATLAB编程构建Delaunay三角网,结合ArcGIS生成水下地形,并利用"表面体积"工具计算水下库容。以淮南矿区为例,分别在枯水期和丰水期对张集矿等5对矿井附近的沉陷水域进行水深测量、水下库容量计算,以及通过TIN获取水下地形。通过利用虚拟CORS参考站技术结合测绳对顾北矿、张集矿附近沉陷水域的检核点进行测量,并与无人船在相应点的测量结果进行对比。计算结果显示:所研究沉陷水域枯水期和丰水期的水下库容分别为1.76亿m~3和2.19亿m~3,同时准确获取了水下地形分布图。结果表明,无人船测量具有较高精度且效率较高,水资源监测结果可为这5对矿井附近的大面积沉陷水域的合理利用提供详细的资料参考。