矿区地表开采沉陷合成孔径雷达干涉测量的监测及解算方法

摘要

一种矿区地表开采沉陷合成孔径雷达干涉测量的监测及解算方法，属于矿区地表开采沉陷的监测及解算方法。该方法：对InSAR数据进行格式转换、配准、预滤波、干涉，得到InSAR干涉相位；借助精密轨道数据、外部DEM，消除干涉相位中的平地效应、地形相位、轨道误差，对剩余相位进行滤波后，得到只包含有地表形变信息的相位值；在大形变梯度条件下，通过相位解缠获取开采沉陷盆地边缘的下沉量，将其同少量地面实测数据相融合，采用遗传算法反演该下沉盆地的概率积分法参数；利用得到的概率积分法参数和地质采矿资料联合解算整个地表下沉盆地任意点的下沉值，从而生成矿区开采沉陷变形场。具有监测精度高、范围大，实现操作过程简单，费用低，技术含量大的优点。

主权项

1.一种矿区地表开采沉陷合成孔径雷达干涉测量的监测及解算方法，其特征在于，包括以下步骤：1）生成干涉图：该步骤包括InSAR影像的选取、格式转换、影像的配准、预滤波、生成干涉图，从而得到监测地区的干涉相位图；配准过程为：经过轨道粗配准，像元级、亚像元级精配准，解算副影像相对于主影像的偏移量，并进行多项式拟合，根据多项式拟合系数完成对副影像的重采样；干涉过程为：将主影像和重采样后的副影像对应像元共轭相乘，得到干涉条纹图；2）解算形变相位：该步骤包括借助精密轨道数据、外部DEM，消除干涉相位中的平地效应、轨道误差、地形相位，对剩余相位进行滤波后，得到只包含有地表形变信息的相位值；干涉影像中包含以下相位信息：式中，为地形相位；是卫星视线方向的地表形变相位；是由大气延迟等产生的相位；是由参考平面引起的相位；是由噪声引起的相位；平地相位计算公式：${\phi }_{\mathrm{fat}}=-\frac{4\pi }{\lambda }{B}_1=-\frac{4\pi }{\lambda }B\sin ({\theta }_0-a)$其中，λ为雷达波长，B为空间基线，θ₀为雷达入射角，α为空间基线与水平方向的夹角；地形相位计算公式：其中，为垂直基线；为地面点高程造成的雷达视线的视角差；大气延迟相位：通过残余相位同外部DEM进行线性回归解算得到；噪声相位：通过Goldstein频率域滤波进行消除；形变相位：在去除上述相位分量之后，得到最终的形变相位公式如下：其中，λ为雷达波长，Δr为雷达视线方向形变量；3）相位解缠及地理编码：我们将上述缠绕的形变相位采用最小费用流方法进行解缠，并将解缠相位转化成地表下沉量；即，最终的地表沉降量公式为：式中，为解缠后的形变相位；通过外部DEM的辅助，再将地表沉降量投影在WGS-84坐标系下；4）选取影像上可靠的下沉点：该步骤是将上述缠绕的形变相位采用最小费用流方法进行解缠，并将解缠相位转化成地表下沉量，最后根据点位的相干性来选取下沉盆地边缘较为可靠的下沉点位。5）计算概率积分法参数：将少量地表移动观测站实测数据与影像可靠点位相融合组成参数预计的地表控制基准点集，利用基于遗传优化算法，经过交叉、变异等步骤，不断循环迭代解算出最终的概率积分法参数；利用基于遗传优化算法的概率积分法参数反演最重要的步骤是确定编码规则、适应度函数，具体如下：[0044]A.编码：采用遗传算法计算概率积分法参数需要将各参数进行染色体结构的编码，编码规则可选二进制编码和实数编码；由于概率积分法参数反演是一个复杂的非线性优化问题，采用二进制编码会影响计算精度和进化算法的计算效率，实数编码适合于范围较大、精度高的遗传算法，因此选用实数编码；将各概率积分法参数按照顺序排列为遗传算法的染色体串，串中每个基因代表了概率积分法的一个参数；[0045]B.适应度函数：结合InSAR技术相位解缠的特点，选择地表控制基准点集的预计下沉值同这些点位相应的实测下沉值应一致确定适应度函数，计算中需对群体的每一个个体进行适应度评价，并且将适应度从大到小排序，淘汰适应度小的个体；[0046]C.选择适应度数值最大的个体，直接遗传给下一代；利用交叉和变异等操作算子对当前代群体进行遗传操作，产生下一代种群；[0047]D.重复B-C步，使概率积分法参数计算结果不断得到优化，直到符合终止条件为止；所得到的参数遗传编码经解码后得到一组概率积分法的参数序列；6）解算地表下沉盆地：利用概率积分法参数和地质采矿资料联合解算整个地表下沉盆地任意点的下沉值，从而生成矿区开采沉陷变形场。