[发明专利]融合InSAR和PSO反演地下采空区位置参数的方法

说明书

本发明公开了一种融合InSAR和PSO反演地下采空区位置参数的方法，适用于矿产地质监测与防护领域。利用InSAR方法获取矿区雷达视线向地表形变；确定采空区参数的取值范围；初始化粒子群中每个个体的位置与速度信息；将粒子群的位置坐标带入到概率积分模型获取地表竖向下沉和东西向、南北向水平移动，根据雷达成像几何将变形转换为LOS向形变；将转换后的LOS向地表变形与InSAR解算的LOS向地表形变带入适应度函数计算适应度值，得到每个粒子最优解和群体的全局最优解并记录；求取迭代中种群最优解对应的适应度值。其操作简单，反演地下采空区位置参数的效果好，可为地下煤炭资源非法开采、煤火区位置反演提供技术支持，同时也拓展了InSAR技术的应用空间。

技术领域

本发明涉及一种反演地下采空区位置参数的方法，尤其适用于矿区开采沉陷监测使用的一种融合InSAR和PSO反演地下采空区位置参数的方法，属于地理监测领域。

技术背景

我国的地域幅员辽阔，拥有各种自然资源，其中煤炭资源是现在我国主要依赖的能源。正因如此，在我国很多地区存在对煤炭资源进行私挖乱采的情况，这一方面造成国家资源的浪费，损害国有资产；另一方面地下非法开采存在很大的安全隐患，不仅威胁开采人员的生命财产安全，而且还会引发含水层破坏、山体滑坡、地表塌陷和建构筑物损毁等矿山地质环境灾害。因此，为规范煤炭开采的行为，使我国的煤炭资源可以有序开采，提高监测、检查效率和准确度，同时避免地下非法开采形成较大的地质灾害，有必要对地下煤炭资源开采位置及范围进行反演，获取采空区的煤层走向方位角α、煤层走向长度l、煤层倾向长度L、煤层开采深度H、煤层开采厚度m的精确定位。

目前，矿区地下开采监测和采空区的定位方法主要包括：人为巡查、地球物理勘探(如：电法勘探、地震勘探、重力勘探、放射性勘探等)及InSAR技术监测等。人为巡查费时、费力，缺乏具体的调查位置，并且无法做到实时监测。地球物理勘探技术实现复杂，花费较高，且探测区域太小，灵动性不够，效率低，在开采深度较大时，探测精度较低。InSAR技术有着全天候、全天时、覆盖范围广、成本低、精度高等优点，将该技术应用于矿区开采监测可以降低监测成本，由于其覆盖范围较大的特点，可以实现大范围的监测，提高了监管效率，但该技术只能获取地表沉降，难以获取地下开采位置参数。因此，为解决现有地下采空区位置反演方法存在的问题，本发明提出了一种融合InSAR和PSO算法反演地下采空区位置参数的方法，其思想是利用InSAR解算的地表形变作为真值，通过粒子群算法(PSO)不断优化更新地下采空区位置参数，结合开采沉陷理论模型得到多组地表形变作为观测值，比较地表形变真值与观测值间的误差，取最小误差时的采空区位置参数作为结果。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种方案简单，使用效果好，反演精度高的融合InSAR和PSO反演地下采空区位置参数的方法。

为实现上述技术目的，本发明的融合InSAR和PSO反演地下采空区位置参数的方法，首先利用InSAR合成孔径雷达干涉测量技术获取矿区雷达视线向地表形变信息，记为LOS；结合开采沉陷理论确定采空区的参数取值范围，并根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》确定研究区域概率积分法预计参数；然后通过以上信息获取地表沉陷形变区域的地表形变点的数量，根据地表形变点的密度决定参与采空区反演的形变点数量，将参与采空区反演的形变点数量作为参数输入到经典的PSO粒子群优化算法中，并将待反演的采空区位置参数作为个体的位置信息初始化粒子群中每个个体的位置与速度信息；将粒子群的位置坐标带入到概率积分模型获取地表竖向下沉、东西向和南北向水平移动并转换为雷达视线向形变los；将los与InSAR解算的LOS代入适应度函数计算适应度值，判断其是否满足迭代的停止条件，如果满足把该次迭代的种群最优解作为地下采空区真实参数输出，不满足迭代停止条件则对种群中每个个体的速度、位置进行更新，继续迭代，直到满足迭代停止条件为止，并输出此时的种群最优解作为地下采空区位置参数。

具体步骤如下：

S1利用InSAR技术解算被测矿区地表各点的视线向形变场，记为LOS；