[發明專利]一種全尺度梯度開采沉陷D-InSAR三維預測方法

有效

• 申請號: 202010635301.7
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111859786B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 蔣創;王磊;余學祥
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/12;G06T17/00;G06F111/04;G06F111/08
• 代理公司: 合肥中谷知識產權代理事務所(普通合伙) 34146
• 代理人: 洪玲

本發明涉及一種改進動態預計模型約束的全尺度梯度開采沉陷D?InSAR三維預測方法。該方法首先對概率積分法進行修正，解決了概率積分法邊緣收斂速度快的問題，其次依據采動區D?InSAR LOS向形變與地表三維形變之間的幾何投影關系，構建了基于改進動態預計模型的開采沉陷D?InSAR觀測條件方程，隨后根據遺傳算法，構建了基于遺傳算法的改進動態預計模型預計參數求解模型。最后基于D?InSAR技術獲取的地表LOS向形變值，利用基于改進動態預計模型約束的全尺度梯度開采沉陷D?InSAR三維預測方法，得到開采沉陷地表三維移動地表變形值。該方法能夠快速、精準、可靠的估計出全尺度梯度開采沉陷地表三維形變。

技術領域

本發明涉及一種InSAR技術監測礦山開采沉陷地表三維形變領域，尤其涉及一種全尺度梯度開采沉陷D-InSAR三維預測方法。

背景技術

當地下煤炭資源被采出以后，采區周圍巖體內部原有的力學平衡狀態受到了破壞，使巖層發生了移動、變形和破壞。當開采面積達到一定范圍之后，移動和破壞將波及到地表。位于開采影響范圍內的建(構)筑物、鐵路、河流和井巷等就要產生變形或損壞。開展礦山變形監測理論與方法研究，對于揭示開采沉陷規律與采動損害機理，礦山環境地質災害預警與防控，以及礦區生態環境修復具有重要科學意義。

合成孔徑雷達差分干涉測量技術(簡稱D-InSAR)是一種新型的對地觀測技術，目前已經廣泛被用于地震、火山運動、山體滑坡、冰川漂移、公路變形和城市沉降等監測。由于其具有全天候、全天時、覆蓋范圍大、可連續監測空間變形信息、監測精度高(毫米級)、以及具有高分辨率等特點，也成為當前礦山變形監測領域的研究熱點。受雷達回訪周期及波長的限制，當前D-InSAR技術可以較好的用于地表移動盆地邊緣變形、充填開采地表沉陷、老采空區地表殘余變形等變形較緩慢和梯度小的開采沉陷監測。但對于處于活躍期的移動盆地中部，由于地表變形劇烈，容易超出雷達衛星的探測能力，導致大變形梯度失相干，常規D-InSAR監測方法將失效。

文獻研究表明，當前解決InSAR三維監測問題主要有兩類方法，第一類為基于多軌道InSAR觀測值方法，該類方法主要利用多視線向InSAR技術建立3個及以上觀測方程，基于平差原理估計開采沉陷三維變形量。第二類為先驗模型+單軌InSAR觀測法，該類方法利用先驗模型下沉與水平移動的約束條件，將D-InSAR觀測方程的參數由3個降為1個，然后通過求解方程和約束條件回帶，達到開采沉陷監測目的。對于第一類方法，存在以下不足：至少需要兩個或以上具有顯著幾何差異的InSAR干涉對、監測成本高、數據難以滿足方法要求。第二類方法也存在如下不足：模型預計存在邊界不收斂問題(對于厚松散層礦區該現象尤為突出)、大梯度形變監測失效。顯然，上述兩種方法存在費用昂貴、數據獲取困難、預計模型邊緣不收斂、受大梯度形變限制、不宜推廣等缺點。

發明內容

本發明的目的就在于，提出了一種全尺度梯度開采沉陷D-InSAR三維預測方法，確保能夠快速、精準、可靠的全尺度梯度地表三維形變。

本發明通過以下技術方案來實現上述目的：

一種全尺度梯度開采沉陷D-InSAR三維預測方法，包括以下步驟：

1)在傳統的概率積分模型中，開采沉陷盆地被認為由一個主要影響半徑條件下形成的盆地。文章的改進概率積分法動態預計模型中，令開采沉陷盆地為兩個不同主要影響半徑的下沉盆地按照一定的權值組合，則開采后任意T_i時刻地表點A(x,y)的下沉值和水平移動值分別可表示為：

根據開采沉陷概率積分法動態預計原理可知，開采后任意T_i時刻地表點A(x,y)的下沉值可表示為：

W₀＝M*q*cosα (5)