一种基于单轨道InSAR的山区开采沉陷三维变形提取方法技术

本发明专利技术涉及一种基于单轨道InSAR的山区开采沉陷三维变形提取方法，所述基于单轨道InSAR的山区开采沉陷三维变形提取方法首先根据D

【技术实现步骤摘要】
一种基于单轨道InSAR的山区开采沉陷三维变形提取方法


[0001]本专利技术属于对地观测
，尤其涉及一种基于单轨道InSAR的山区开采沉陷三维变形提取方法。

技术介绍

[0002]地下矿产资源开采容易打破上覆岩层的原始应力平衡状态，致使岩层和地表发生移动和变形，从而引发一系列矿山地质环境问题和灾害(如含水层破坏、地表塌陷、山体滑坡、建构筑物损毁)。因此，监测和预计矿山地表三维形变对于评估潜在地质灾害，分析矿区沉降机理具有至关重要的作用。
[0003]传统基于单视线向技术的开采沉陷地表三维形变监测方法是融合平地下水平、倾斜煤层开采沉陷规律所构建，其并不适用于山区开采沉陷地表三维形变监测。
[0004]因此，有必要提供一种新的基于单轨道InSAR的山区开采沉陷三维变形提取方法解决上述技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于单轨道InSAR的山区开采沉陷三维变形提取方法。
[0006]本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：
[0007]一种基于单轨道InSAR的山区开采沉陷三维变形提取方法，包括以下步骤：
[0008]获取研究区SAR影像数据进行差分干涉，得到山区开采沉陷LOS向形变场；
[0009]建立山区开采沉陷地表形变模型，山区地表开采沉陷任一点下沉与水平移动可表示为：
[0010]W
M
(x,y)＝W
P
(x,y)+W
P
(x,y)D
xy
P(x,y)tan2α
xy
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0011][0012]式中：W
P
(x,y)和U
P
(x,y)分别为相同地质采矿条件下平原地区地表任意点(x,y)的下沉值和任意点(x,y)在沿
‑
方向的水平移动值；D
xy
为地表移动特征系数；为预计方向角度；φ
xy
为地表(x,y)点的坡向；α
xy
‑
地表(x,y)点的坡度P[x]为走向主断面上点x的滑移影响函数；P[y]为倾向主断面上点y的滑移影响函数；
[0013]通过山区开采沉陷地表形变模型得到LOS向形变与山区开采沉陷地表三维形变关系，推导出LOS向形变与平地开采沉陷下沉关系；
[0014]结合所述山区开采沉陷LOS向形变场和所述LOS向形变与平地开采沉陷下沉关系得到山区开采沉陷LOS向形变与平地开采沉陷下沉之间的观测方程；
[0015]根据所述观测方程求解出研究区平地开采沉陷地表下沉形变场；
[0016]根据所述研究区平地开采沉陷地表下沉形变场计算出研究区开采沉陷地表下沉形变场、研究区平地开采沉陷东西向水平移动和研究区平地开采沉陷南北向水平移动。
[0017]作为本专利技术的进一步优化方案，所述走向主断面上点x的滑移影响函数P[x]具体
计算如下式：
[0018]P[x]＝P(x)
‑
P(L
‑
x)
‑1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0019][0020]所述倾向主断面上点y的滑移影响函数P[y]具体计算如下式：
[0021]P[y]＝P(y)
‑
P(l
‑
y)
‑1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0022][0023]式中：r为主要影响半径；A,P,t均为滑移影响参数；
[0024]因此，地表任一点(x,y)的滑移影响函数可以表示为：
[0025][0026]令A1＝D
xy
P(x,y)tan2α
xy
对公式(1)进行形式上的化简，则简化后的山区开采沉陷地表下沉公式(1)变换为：
[0027]W
M
(x,y)＝W
P
(x,y)+A1
×
W
P
(x,y)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0028]同样令则简化后的山区开采沉陷地表水平移动公式(2)变换为：
[0029]U
M
(x,y)＝U
P
(x,y)+B1
×
W
P
(x,y)
[0030](9)
[0031]则山区开采地表任一点南北向水平移动和东西向水平移动可表示为：
[0032][0033][0034]式中：
[0035][0036]根据平地概率积分法原理可知，平地开采条件下地表A(x,y)点沿任意方向的倾斜为该点下沉值在方向上的方向导数，则A(x,y)点沿东西向和南北向的倾斜值可表示为：
[0037][0038][0039]根据开采沉陷原理可知，平地开采条件下地表A(x,y)点沿任意方向的水平移动与倾斜之间存在如下的关系式：
[0040][0041][0042]式中：b为水平移动系数；
[0043]综合公式(12)～(15)可得到：
[0044][0045][0046]式中：
‑
工作面走向方向逆时针旋转至正北方向的夹角；
[0047]‑
工作面走向方向逆时针旋转至正东方向的夹角。
[0048]作为本专利技术的进一步优化方案，通过所述山区开采沉陷地表形变模型得到LOS向形变与山区开采沉陷地表三维形变关系的过程如下：
[0049]根据D
‑
InSAR LOS向变形场相邻像元排列关系，假设山区开采条件下任意像元的平地下沉值为则公式(12)～(15)写成差分形式可表达为：
[0050][0051][0052][0053][0054]将公式(20)和(21)分别回代至公式(10)和(11)后，公式(10)和(11)可分别表示为：
[0055][0056][0057]根据D
‑
InSAR技术监测原理可知，任意像元ij的LOS向形变L
ij
与下沉东西向向水平移动南北向水平移动存在如下几何投影关系投影关系：
[0058][0059]式中：式中：A4(i,j)＝cosθ
ij
；θ
ij
为卫星入射角；ψ
ij
为卫星飞行方向方位角；
[0060]所述公式(24)为LOS向形变与山区开采沉陷地表三维形变关系。
[0061]作为本专利技术的进一步优化方案，根据所述LOS向形变与山区开采沉陷地表三维形变关系推导出LOS向形变与平地开采沉陷下沉关系的具体过程如下：
[0062]将公式(22)和(23)代入公式(24)并化简可得：
[0063][0064]式中：中：
[0065][本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单轨道InSAR的山区开采沉陷三维变形提取方法，其特征在于：包括以下步骤：获取研究区SAR影像数据进行差分干涉，得到山区开采沉陷LOS向形变场；建立山区开采沉陷地表形变模型，山区地表开采沉陷任一点下沉与水平移动可表示为：W
M
(x,y)＝W
P
(x,y)+W
P
(x,y)D
xy
P(x,y)tan2α
xy
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中：W
P
(x,y)和U
P
(x,y)分别为相同地质采矿条件下平原地区地表任意点(x,y)的下沉值和任意点(x,y)在沿—方向的水平移动值；D
xy
为地表移动特征系数；为预计方向角度；φ
xy
为地表(x,y)点的坡向；α
xy
—地表(x,y)点的坡度P[x]为走向主断面上点x的滑移影响函数；P[y]为倾向主断面上点y的滑移影响函数；P(x,y)代表滑移函数；通过山区开采沉陷地表形变模型得到LOS向形变与山区开采沉陷地表三维形变关系，推导出LOS向形变与平地开采沉陷下沉关系；结合所述山区开采沉陷LOS向形变场和所述LOS向形变与平地开采沉陷下沉关系得到山区开采沉陷LOS向形变与平地开采沉陷下沉之间的观测方程；根据所述观测方程求解出研究区平地开采沉陷地表下沉形变场；根据所述研究区平地开采沉陷地表下沉形变场计算出研究区开采沉陷地表下沉形变场、研究区平地开采沉陷东西向水平移动和研究区平地开采沉陷南北向水平移动。2.根据权利要求1所述的一种基于单轨道InSAR的山区开采沉陷三维变形提取方法，其特征在于：所述走向主断面上点x的滑移影响函数P[x]具体计算如下式：P[x]＝P(x)
‑
P(L
‑
x)
‑1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式中：P(x)代表工作面走向主断面滑移影响函数；所述倾向主断面上点y的滑移影响函数P[y]具体计算如下式：P[y]＝P(y)
‑
P(l
‑
y)
‑1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)式中：P(y)代表工作面倾向主断面滑移影响函数；r为主要影响半径；A,P,t均为滑移影响参数；A为边界处倾斜引起的平移参数，P为地表倾斜引起的平移参数，t为地表土壤性质滑移参数；因此，地表任一点(x,y)的滑移影响函数可以表示为：令A1＝D
xy
P(x,y)tan2α
xy
对公式(1)进行形式上的化简，则简化后的山区开采沉陷地表下沉公式(1)变换为：W
M
(x,y)＝W
P
(x,y)+A1
×
W
P
(x,y)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)同样令则简化后的山区开采沉陷地表水平移动公式(2)变换为：
U
M
(x,y)＝U
P
(x,y)+B1
×
W
P
(x,y)(9)则山区开采地表任一点南北向水平移动和东西向水平移动可表示为：则山区开采地表任一点南北向水平移动和东西向水平移动可表示为：式中：式中：根据平地概率积分法原理可知，平地开采条件下地表A(x,y)点沿任意方向的倾斜为该点下沉值在方向上的方向导数，则A(x,y)点沿东西向和南北向的倾斜值可表示为：方向上的方向导数，则A(x,y)点沿东西向和南北向的倾斜值可表示为：根据开采沉陷原理可知，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，蒋创，张鲜妮，池深深，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：