CN102938095B - 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数字高程模型（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数字高程模型；
3）对该矿区的合成孔径雷达干涉影像与构建的数字高程模型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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