[發明專利]基于GNSS-IR技術的采煤沉陷監測方法

在審

• 申請號: 202210984852.3
• 申請日: 2022-08-17
• 公開（公告）號: CN115390098A
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 徐天河;李云偉;高凡;王娜子
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01S19/14
• 分類號: G01S19/14;G01S19/41
• 代理公司: 廈門一創聯智知識產權代理事務所(普通合伙) 35252
• 代理人: 楊玉蓉

1.基于GNSS-IR技術的采煤沉陷監測方法，其特征在于：獲取地表點在空間中絕對沉陷量步驟為：

將GNSS接收機和天線安裝在需要監測的采煤沉陷區地表面，地下煤層被采動前，GNSS天線與高程基準面之間的距離為H₀，地下煤層被采動后，地表和GNSS天線在空間中的位置發生下沉，此時GNSS天線與高程基準面之間的距離為H₁；利用GNSS載波相位差分定位，分別獲得H₀和H₁的值，然后，將H₀減去H₁，獲得GNSS天線處的沉陷量ΔH_abs；

利用GNSS-IR技術，獲得地下煤層被采動前后，地表任意一點P相對于GNSS天線的沉陷量為ΔH_rel，將沉陷量ΔH_abs與沉陷量為ΔH_rel相加，即可獲得地表點P在空間中的絕對沉陷量。

2.根據權利要求1所述的基于GNSS-IR技術的采煤沉陷監測方法，其特征在于：利用GNSS-IR技術獲取地表點相對GNSS天線沉陷量的關鍵步驟有4個：S1提取GNSS干涉信號、S2確定干涉信號的特征點、S3計算基準特征點處的相位變化量、S4計算基準特征點處的地表沉陷量。

3.根據權利要求2所述的基于GNSS-IR技術的采煤沉陷監測方法，其特征在于：利用GNSS-IR技術獲取地表點相對GNSS天線沉陷量的具體步驟為：

GNSS干涉信號的提取流程：S11將GNSS衛星高度角作為自變量，SNR觀測值作為因變量，構造GNSS SNR觀測值序列；S12截取5°-25°高度角范圍內SNR觀測值序列；S13使用高通濾波器，提取高頻的GNSS干涉信號，濾波器的截止頻率不高于10Hz；

S14使用低通濾波器，去除GNSS干涉信號的觀測噪聲；濾波器的截止頻率范圍不低于80Hz；

確定干涉信號的特征點：S21尋找干涉信號序列值為零時對應的衛星高度角；S22提取兩個相鄰零點間的干涉信號子序列；S23根據子序列的觀測值的大小，確定特征點的類型；如果子序列SNR觀測值有2/3的數目都大于零，則該特征點的類型為波峰點對應的衛星高度角；如果子序列SNR觀測值有2/3的數目都小于零，則該特征點的類型為波谷點對應的衛星高度角；S24以衛星高度角為自變量，子序列的SNR觀測值為因變量，使用二階多項式對子序列進行擬合；

計算基準特征點相位變化量：S31將地表發生沉陷前獲取的GNSS干涉信號的特征點作為基準特征點，并將基準特征點處干涉信號的初始相位設定為零或其他常數；S32獲取地表發生沉陷后，GNSS干涉信號基準特征點處的相位值，并將該相位值與初始相位值作差，即可獲得基準特征點處的相位變化量；

地表沉陷后，干涉信號基準特征點處的相位值的計算使用線性插值方法，即：尋找基準特征點左側和右側最臨近的特征點，如果左側的特征點為波峰點且右側的特征點為波谷點，則地表沉陷后基準特征點處的相位值使用公式(1)計算；如果左側的特征點為波谷點且右側的特征點為波峰點，則地表沉陷后基準特征點處的相位值使用公式(2)計算：

計算基準特征點處的地表沉陷量：S41以GNSS干涉信號的觀測日期為自變量，基準特征點處的相位變化量為因變量，構造基準特征點處相位變化量的時間序列；S42將相鄰兩個觀測日期的相位變化量作差，如果差值大于π/2，則該日期及以后的所有的相位變化量都加上2π；如果差值小于-π/2，則該日期及以后的所有的相位變化量都減去2π；使用公式3將解纏后的相位變化量轉換為基準特征點處的地表沉陷量；

4.根據權利要求3所述的基于GNSS-IR技術的采煤沉陷監測方法，其特征在于：根據所述的基準特征點處的地表沉陷量，生成采煤地表下沉曲面及某一方向上傾斜、曲率變形曲線。