[发明专利]InSAR和GNSS融合的露天矿边坡形变测量方法

说明书

本发明涉及一种InSAR与GNSS融合的露天矿边坡形变测量方法，包括InSAR和GNSS两种技术手段，其特征在于，包括以下步骤：1、利用InSAR监测方法获取边坡的初步形变监测结果；2、在在过形变中心的剖面位置布设GNSS在线监测点；3、利用最小二乘迭代法获取修正后的瞬时形变场；4、利用自适应滤波方法、卡尔曼滤波器方程组和克里金插值方法计算，获取时空域全覆盖的形变监测结果。本发明的优点是：通过融合InSAR和GNSS在空间分辨率和时间分辨率方面的优势进行强强互补，既可实现露天矿边坡重点区域的精确点式实时监测，同时也可实现全矿区的面式综合监测，为露天矿边坡形变实时测量预警提供支撑。

技术领域

本发明属于边坡工程变形监测技术领域，具体涉及一种InSAR与GNSS融合的露天矿边坡形变测量方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，露天矿的开采范围和开采深度在不断的增加，从而形成了众多大型的高陡边坡。一方面，高陡边坡极大地改变了局部区域的应力条件，进而影响露天矿周边的建构筑物；另一方面，由于高陡边坡很容易发生滑坡等事故，对矿区安全生产造成了很大的威胁。目前，传统的露天矿边坡变形监测技术采用的是GNSS监测手段。由于GNSS定位技术具有精度高、无需通视等特点，在露天矿山边坡稳定性监测工作中可综合运用GNSS定位系统与数据无线远程传输、监测数据自动分析处理等技术，构建边坡稳定性GNSS自动化监测系统。虽然GNSS监测手段和方法已被广泛应用，但其在应用过程中暴露出的不足显而易见，归结为：1)观测装置及供电设施的保存与维护比较困难；2)获取数据为离散点形变信息，空间域覆盖度严重不足，难以反映连续形变规律。

空间遥感技术即合成孔径雷达干涉测量(Synthetic Aperture RadarInterferometry)，简称InSAR，通过对覆盖同一地区的一定时间范围内的多幅雷达图像的联合处理可以提取出相位差图，进而可提取该地区相应时间段内的地表形变信息，观测精度可以达到cm级甚至mm级。它具有比GNSS高得多的采样密度(约1-20m)、空间覆盖度好、非接触性和无需建立地面接收站等优点，是一种极具潜力的空间对地观测新技术。因此，利用InSAR技术开展露天矿形变监测具有重要的应用价值。但InSAR技术使用的数据目前主要来源于商业星载雷达卫星，而雷达卫星运行的重访周期从11天到46天左右，较低的时间域覆盖成为制约InSAR应用的主要因素。

InSAR与GNSS技术在地表形变测量应用方面各有优势和不足，具体情况归纳如下：1)两种技术的空间分辨率：在空间范围上，GNSS的监测范围仅仅局限于一定区域的点式测量，而利用InSAR可以监测大范围的滑坡变形，采用时序InSAR技术对地观测的精度可达到mm级，且雷达差分干涉测量所得图像是连续覆盖的。由此得到的地面形变也是连续覆盖的，这对分析露天矿边坡滑坡形变分布及发展规律是非常有用的。而GNSS采集数据的空间分辨率则远不如遥感，GNSS连续运行监测站点之间的间隔较远且不易维护，而且需要事先建立监测网，会受到地理环境和运作成本等因素的限制。2)两种技术的时间分辨率：GNSS可以在很短的时间间隔采集数据(例如1-30秒)，如果建立了GNSS连续运行监测网，更可以提供连续的、区域性的大气层数据。GNSS网已经达到了非常高的时间分辨率。而InSAR目前主要的商业数据还是来源于星载SAR，雷达卫星运行的重访周期从11天到46天左右。因此，InSAR与GNSS技术在地表形变监测应用方面具有较强的互补性，InSAR和GNSS的技术互补性包括以下几个方面：

1)GNSS定位精度高，但是其空间覆盖度较低，GNSS监测点之间相隔很远，而InSAR提供的是整个区域面上的连续信息；

2)GNSS可提供时间分辨率很高的观测数据(采样率为30秒乃至20Hz)，GNSS允许长时间连续观测，而SAR卫星通常重访周期较长(11-46天)，很难提供高时间分辨率的监测结果。

3)InSAR对高程变化信息特别敏感，利用时序InSAR进行形变监测的精度可达到厘米级甚至毫米级，GNSS对高程变化信息不敏感，单历元GNSS获取的高程变化远达不到这一精度；