[发明专利]一种利用INSAR精确解算采煤沉陷区地表下沉量的方法

说明书

本发明公开了一种利用INSAR精确解算采煤沉陷区地表下沉量的方法，属于卫星雷达测量领域。该方法包括以下步骤：首先根据采空区地质采矿条件的信息计算得到采空区采动影响范围内地表下沉量、地表水平移动量，进而根据X、Y两个方向的水平移动量计算水平移动的矢量朝向，并确定与X轴的夹角，然后结合卫星雷达施测点与监测目标的相对位置关系将卫星雷达视方向变形量解算得到监测目标的下沉量。本发明针对现有技术缺陷发明了利用单颗卫星监测得到的目标点视方向位移量解算该点下沉量的方法，可以将InSAR监测结果与现有开采沉陷理论形成链接，以便更好的将InSAR技术与开采沉陷理论进行融合与相互促进。

技术领域

本发明涉及雷达测量领域，具体地说是涉及一种利用卫星雷达精确测量采煤沉陷区地表变形的方法。

背景技术

合成孔径雷达干涉测量技术(简称InSAR)开辟了空间对地观测技术用于监测地表形变的先河。雷达通过发射并回收雷达波对地球表面主动成像，通过对覆盖同一地区的两幅图像的联合处理提取相位干涉图，可建立数字高程模型。利用合成孔径雷达差分干涉技术可从中提取厘米甚至毫米级精度的地表形变信息，以揭示许多地球物理现象，如地震形变、火山运动、冰川漂移、地面下沉以及山体滑坡等。

基于相位信息处理的卫星合成孔径雷达差分干涉测量技术通过向地面目标发射电磁波并记录地面目标散射的回波信号获取具有相位信息的合成孔径雷达图像，并通过差分干涉技术进行大范围区域地表形变探测，以其高形变敏感度、高空间分辨率和基于面观测的技术特点极大地弥补传统测量方法如三角边测量、水准仪测量、RTK的低空间分辨率局限性。

卫星雷达测地技术具备大范围区域性实测、全天候、可回溯、人工投入量低等技术优势，采煤沉陷区在全球广泛存在，不同地质采矿条件下煤层开采造成的覆岩(覆岩所指为煤层顶板直至地表的所有地质体)变形特征不尽相同，建(构)筑物、水体、铁(公)路及主要井巷煤柱的留设需要准确的岩层移动参数进行计算，沉陷区土地稳定性及重复利用等问题对于节约土地资源有着重大意义，因此利用卫星雷达测地技术开展采煤沉陷区地表变形监测已逐步成为热门研究领域。

卫星雷达测地原理包括施测点与监测目标之间的距离非常大以致认为卫星两次监测的目标如果变形量未达到失相干的程度则认为两次监测的视方向相同，即认为两次雷达波差值就是监测目标发生的变形量。

单颗卫星雷达数据差分仅能够解算两次施测周期内监测目标的视方向变形量，目前利用InSAR开展变形监测的领域普遍认为监测目标的竖向位移远大于水平移动量，可以认为卫星雷达监测到的视方向位移近似等于下沉量在卫星视方向上的投影。

但是，开采沉陷理论体系经过数十年的发展已经趋于完善，开采沉陷理论体系中大量理论模型、技术方法都是基于下沉量建立的。因此下沉量对于开采沉陷理论至关重要。

另外，大量实测数据表明采空区的采动影响造成的地表变形中水平移动量基本为下沉量的0.3倍，所以对于开采沉陷研究的采空区地表变形而言，“监测目标的竖向位移远大于水平移动量”的基本假设是不成立的。

再次，由于采煤沉陷区地表水平移动量并非小到可以忽略且采动影响下地表所有位置的水平移动方向都指向所有整个地表下沉盆地的“盆底”区域，即水平移动方向属于各个方向均存在，有的地表位置则会向远离卫星施测点方向移动，此类地表区域发生的水平移动量会与下沉量产生叠加，造成卫星视方向位移量的增大；有的地表位置会向靠近卫星施测点方向移动，此类地表区域发生的水平移动量会与下沉量产生一定抵消，造成卫星视方向位移量的减小。具体水平移动量与下沉量叠加和抵消原理示意图见图1和图2，其中图1为采空区地表不同区域水平移动方式不同的原理示意图，图2为采空区地表一点卫星视方向位移量、水平移动量、下沉量之间的关系示意图。

所以对于开采沉陷研究的采空区地表变形而言不能像其他研究领域一样简单的认为卫星雷达监测到的视方向位移近似等于下沉量在卫星视方向上的投影。