CN102938095A - 一种基于多源数据的矿山沉陷监测预警方法 - Google Patents

一种基于多源数据的矿山沉陷监测预警方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多源数据的矿山沉陷监测预警方法，包括如下步骤：1）水准数据和GPS数据的获取。2）利用Matlab软件生成矿区DEM。3）利用DEM与SAR影像进行二轨差分干涉处理得到矿区地表形变结果。4）利用GPS与水准监测数据分别修正矿区地表形变水平与垂直监测结果，得到高精度三维形变监测图。5）建立预警模型及相应数据库。6）将多期的测量数据和InSAR数据重复步骤(2)-(5），直至完成。7）建立沉陷区下沉、水平移动、倾斜、曲率变形等时间序列与缓冲区分析模型。8）根据时间序列与缓冲区分析模型确定影响位置并实现预警。本发明将水准数据、GPS和SAR数据有机结合，使得监测结果的精确性大大提高。

Description

一种基于多源数据的矿山沉陷监测预警方法
技术领域
本发明涉及一种矿山沉陷监测预警方法，尤其是涉及一种基于多源数据的矿山沉陷监测预警方法。
背景技术
在我国快速的经济发展过程中，煤炭是国民经济的主要能源。在煤炭开采过程中，地表原始应力状态遭到破坏而导致应力重新分布，从而达到新的平衡状态。在此过程中，岩体产生下沉、变形、移动，向上波及地表，形成地表移动盆地，从而对地表建筑物、铁路、水系、农田等生产生活设施造成破坏，严重影响矿区及周围人民的生产生活。现有的水准、GPS矿山沉陷监测方法具有如下缺陷：1）采用布网观测的方法，劳动强度大，监测系统成本高；2）采用离散点监测方法，监测数据的分辨率低，难以满足监测需求；3）在深山峡谷或城市建筑物密集的地区，水准测量难度很大，GPS接收天线受到阻挡，使得作用的GPS卫星数量少，导致GPS定位精度大大降低，难以满足形变观测精度要求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种观测系统成本低，且能大面积精确地监测矿山三维沉陷状况，并且能对矿山沉陷、滑动、建筑物倾斜进行预警与分析。
本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：
1）在矿区对监测点进行布控，并且定期进行观测，获得监测点的水准高程数据和GPS水平位置数据；
2）利用Matlab软件对离散的测量数据进行插值处理构建DEM；
3）对该矿区的合成孔径雷达干涉影像与构建的DEM进行二轨差分干涉处理，得到矿区地表面状形变监测结果；
4）利用GPS与水准监测数据分别修正矿区地表形变水平与垂直监测结果，得到高精度三维形变监测图；
5）建立GIS数据库，将各种测量数据及处理后的数据，结合矿区的生产生活资料分别建立空间数据库及属性数据库；
6）将多期的测量数据和合成孔径雷达干涉测量获取的数据重复步骤(2）至(4），直至得到矿区三维时间序列形变图；
7）对矿区三维时间序列形变图进行三维显示，使之具备能输出任一点的剖面曲线图、等值线图或三维沉降图；
8）分析最终的三维时间序列地表形变监测结果，并根据设定的沉降、水平、倾斜、变形曲率阈值，将变形结果大于阈值的点视为危险点，确定危险点位置并进行预警。
本发明的技术效果在于：本发明将水准、GPS和SAR技术有机结合，利用GPS修正了InSAR本身难以得到的水平移动变形精度，且充分利用InSAR与GPS的互补性，实现GPS高时间分辨率和InSAR高空间分辨率的有机统一，同时，采用高精度水准数据修正InSAR监测结果，使得矿区三维形变监测结果精确性大大提高；本发明采用数据融合的监测方法，监测精度高；并可以获得各种沉降、水平移动、倾斜、曲率变形等的专题地图，能直观的显示矿山沉陷三维效果，能进行预警与缓冲区显示与分析，为矿区生产生活提供更有效的辅助安全管理与决策。
附图说明
图1是本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
本发明的步骤如下：
1）水准数据和GPS数据的获取。在矿区对布设稳定基准点与形变监测点，并且定期进行观测，获得定期的水准数据和GPS数据，并测量矿区地形图。
2）利用Matlab软件对离散的测量点内插生成光滑DEM表面。
3）矿区形变图的获取。对该矿区的SAR影像与生成的连续DEM采用二轨法进行处理，选取合适的干涉数据集，干涉影像对配准，干涉像对共轭相乘生成干涉图，去平地效应，干涉条纹滤波，相位解缠，形变图生成，将形变图投影到地理坐标系中，获得最终的矿区形变图。
4）利用GPS与水准监测数据分别修正矿区地表形变水平与垂直监测结果，得到高精度三维形变监测图。
5）GIS数据库的建立。将各种测量数据及处理后的数据，结合矿区的生产生活资料分别建立空间数据库及属性数据库。
6）将多期的测量数据和合成孔径雷达干涉测量获取的数据重复步骤2）、步骤3）及步骤4），直至得到矿区三维时间序列形变图；
7）对矿区三维时间序列形变图进行三维显示，使之具备能输出任一点的剖面曲线图、等值线图或三维沉降图；
8）分析最终的三维时间序列地表形变监测结果，并根据设定的沉降、水平、倾斜、变形曲率阈值，将变形结果大于阈值的点视为危险点，确定危险点位置并进行预警。

Claims (1)

1.一种基于多源数据的矿山沉陷监测预警方法，包括如下步骤：
1）在矿区对监测点进行布控，并且定期进行观测，获得监测点的水准高程数据和GPS水平位置数据；
2）利用Matlab软件对离散的测量数据进行插值处理构建DEM；
3）对该矿区的合成孔径雷达干涉影像与构建的DEM进行二轨差分干涉处理，得到矿区地表面状形变监测结果；
4）利用GPS与水准监测数据分别修正矿区地表形变水平与垂直监测结果，得到高精度三维形变监测图；
5）建立GIS数据库，将各种测量数据及处理后的数据，结合矿区的生产生活资料分别建立空间数据库及属性数据库；
6）将多期的测量数据和合成孔径雷达干涉测量获取的数据重复步骤(2）至(4），直至得到矿区三维时间序列形变图；
7）对矿区三维时间序列形变图进行三维显示，使之具备能输出任一点的剖面曲线图、等值线图或三维沉降图；
8）分析最终的三维时间序列地表形变监测结果，并根据设定的沉降、水平、倾斜、变形曲率阈值，将变形结果大于阈值的点视为危险点，确定危险点位置并进行预警。
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