基于GIS采空区沉陷预测系统的设计与开发

论文摘要

我国是煤炭资源消费大国也是原煤开采大国,大小矿区遍布全国各地。自20世纪末以来,我国矿业开采秩序较为混乱,非法无序的乱采滥挖在一些矿区及其周边留下了大量的采空区;另一方面,我国土地资源日渐紧缺,许多基础设施如民用建筑、公路、渠道等不得不穿越矿区。这些采空区的存在对地表稳定性有很大影响,极易发生地层裂缝、下沉塌陷,引发泥石流等重大自然灾害,损坏当地的生态环境,进而威胁到人身财产安全。因此科学有效地管理沉陷数据并对采空区作沉陷预测是十分必要的。本文借助Visual Studio 2010开发环境,采用Access数据库和面向对象的C#编程语言,基于HotMapGIS平台实现了“基于GIS采空区沉陷预测系统”的开发。主要完成以下工作:(1)依据收集到的河南省禹州市梁北镇郭村煤矿采空区实测数据、矿区地质地形资料,结合概率积分法对数据的需求建立数据库,实现对矿区监测点、预测参数等的信息化管理,为数据在各子系统间共享提供基础;(2)以采空区三维建模的基本思想为指导,将提取到的拐点坐标作边界约束剖分,构建采空区实体模型;(3)阐述最大值预测法思路,基于概率积分法建立地表移动变形预测模型,结合“三下”(建筑物下、水体下和铁路下)采煤规程确定在不同已知条件下求取预测参数的方法,并提出用多边形等距离缩放来排除计算过程中拐点偏移距的影响;根据灰色预测理论模型的建模与模型精度评定方法,建立集采空区极限变形值预测与过程预测于一体的预测系统,满足不同工程阶段对预测结果的需求;(4)分析处理预测变形数据,以等值线的方式直观表达预测结果,并将预测下沉值与钻孔数据插值得到的拐点地面Z坐标矢量叠加,进行沉降前后的地表DEM对比。整个系统实现了数据的内部传递和可视化表达,预测结果符合移动变形理论,系统可行。

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摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 采空区开采沉陷研究现状

1.2.2 采空区开采沉陷预测方法研究现状

1.2.3 三维地质体建模研究现状

1.2.4 GIS与组件式GIS

1.3 论文研究主要内容

1.4 研究方法与技术路线

1.4.1 研究方法

1.4.2 技术路线

1.5 论文创新点

2 理论基础

2.1 地表移动变形理论

2.2 采空区“活化”机理

2.2.1 采空区三带划分

2.2.2 覆岩的力学特性

2.2.3 采空区变形时间与稳定性评价标准

2.3 GIS在开采沉陷中的应用

3 模型建立

3.1 采空区三维模型

3.1.1 边界约束剖分

3.1.2 采空区三维建模核心代码

3.2 概率积分法预测模型

3.2.1 概率积分法基本原理

3.2.2 概率积分法预测公式

3.2.3 坐标转换

3.2.4 概率积分法参数求定

3.3 灰色GM（1,1）预测模型

3.3.1 灰色建模的思想

3.3.2 实测数据预处理

3.3.3 GM（1,1）模型建模条件

3.3.4 GM（1,1）模型建立

3.3.5 GM（1,1）模型精度检验

3.4 空间插值模型

3.4.1 Kriging插值

3.4.2 Kriging插值核心代码

4 基于GIS采空区沉陷预测系统的设计与实现

4.1 系统需求分析

4.1.1 数据需求分析

4.1.2 功能需求分析

4.2 系统开发环境

4.3 数据库设计

4.3.1 空间数据库设计

4.3.2 属性数据库设计

4.4 模块设计

4.5 系统解决关键问题

4.5.1 基于多边形等距离缩放的开采沉陷算法

4.5.2 多边形等距离缩放核心代码

5 基于GIS采空区沉陷预测系统的应用

5.1 信息管理模块

5.2 沉降模拟模块

5.2.1 监测沉降数据查询

5.2.2 沉降量模拟

5.3 沉降预测模块

5.3.1 概率积分法预测

5.3.2 灰色预测

5.4 沉降分析模块

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

攻读学位期间参加的科研项目及发表的学术论文

致谢

参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 闫堃柘

导师: 许德合

关键词: 采空区,沉陷预测,三维模型,概率积分法,灰色预测

来源: 华北水利水电大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 自然地理学和测绘学,矿业工程,计算机软件及计算机应用

单位: 华北水利水电大学

分类号: TD327;P208

总页数: 76

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