專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于InSAR技術(shù)的礦區(qū)開(kāi)采監(jiān)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于InSAR技術(shù)的礦區(qū)開(kāi)采監(jiān)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
隨著對(duì)煤炭資源需求的不斷增長(zhǎng)以及資源日益減少之間的矛盾越來(lái)越突出，在利益的驅(qū)使下，許多地區(qū)出現(xiàn)了沒(méi)有經(jīng)過(guò)批準(zhǔn)和規(guī)劃的礦區(qū)開(kāi)采現(xiàn)象。這種開(kāi)采不僅會(huì)導(dǎo)致資源的破壞和浪費(fèi)，妨礙國(guó)家對(duì)資源的有序管理，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生許多不明采空區(qū)，容易發(fā)生突水事故，從而威脅到礦山及工作人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。此外地下開(kāi)采會(huì)導(dǎo)致地表發(fā)生下沉和變形，使采空區(qū)上方的建筑物和構(gòu)筑物發(fā)生變形破壞。因此如何準(zhǔn)確地獲取地下采空區(qū)的深度H,中心點(diǎn)坐標(biāo)(X。，Y。)，采空區(qū)走向長(zhǎng)D3、傾向長(zhǎng)D1、開(kāi)采厚度m、走向方位角爐等信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下煤炭資源的開(kāi)采進(jìn)行精確監(jiān)測(cè)，顯得尤為重要。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)礦區(qū)開(kāi)采的監(jiān)測(cè)，目前主要的手段有傳統(tǒng)的礦政人員定期或不定期巡查、探地雷達(dá)探測(cè)采空區(qū)、微震探測(cè)技術(shù)、InSAR (Interferometric Synthetic ApertureRadar，簡(jiǎn)稱(chēng)InSAR)技術(shù)監(jiān)測(cè)等，但是這些方法都有很大的局限和不足。傳統(tǒng)的礦政人員巡查隨機(jī)性大，代價(jià)較高，效率較低；探地雷達(dá)和微震技術(shù)由于其エ序復(fù)雜，監(jiān)測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，成本較高等限制致使其對(duì)國(guó)家監(jiān)管部門(mén)而言不適用，InSAR技術(shù)以其全天候、全天時(shí)、覆蓋范圍廣、成本低、精度高等優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用于礦區(qū)開(kāi)采監(jiān)測(cè)不僅可以降低監(jiān)測(cè)成本，同時(shí)由于其覆蓋范圍較大，可以實(shí)現(xiàn)大范圍的監(jiān)測(cè)，提高了監(jiān)管效率。但是傳統(tǒng)的基于InSAR技術(shù)的監(jiān)測(cè)方法，是將InSAR監(jiān)測(cè)的形變場(chǎng)與監(jiān)管部門(mén)登記的合法的開(kāi)采區(qū)對(duì)比，得出礦區(qū)開(kāi)采區(qū)域信息，但是只能得到礦區(qū)開(kāi)采的大致位置，對(duì)于地下采空區(qū)具體信息則無(wú)法獲取，從而無(wú)法滿(mǎn)足國(guó)家監(jiān)管部門(mén)對(duì)開(kāi)采礦區(qū)定量精細(xì)化監(jiān)測(cè)的要求。所以，迫切需要ー種既利用InSAR技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，又能獲得礦區(qū)開(kāi)采區(qū)域地下采空區(qū)的詳細(xì)參數(shù)信息的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種基于InSAR技術(shù)的礦區(qū)開(kāi)采監(jiān)測(cè)方法，其目的在于提供ー種低成本、大范圍的礦區(qū)開(kāi)采精細(xì)化監(jiān)測(cè)的方法，克服現(xiàn)有的開(kāi)采監(jiān)測(cè)方法成本較高、效率較低且無(wú)法獲得開(kāi)采工作面參數(shù)詳細(xì)信息等缺陷。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種基于InSAR技術(shù)的礦區(qū)開(kāi)采監(jiān)測(cè)方法，首先通過(guò)求取與待監(jiān)測(cè)礦區(qū)臨近的礦區(qū)的概率積分法模型系數(shù)，利用InSAR技術(shù)獲取的開(kāi)采礦區(qū)雷達(dá)視線向形變場(chǎng)，將待監(jiān)測(cè)礦區(qū)工作面的長(zhǎng)度、寬度、厚度、開(kāi)采深度、走向方位角、中心點(diǎn)坐標(biāo)作為未知數(shù)與求取的臨近礦區(qū)的概率積分法模型系數(shù)帶入概率積分法模型，利用遺傳算法捜索得出待監(jiān)測(cè)礦區(qū)的工作面的參數(shù)值；把遺傳算法得到的工作面參數(shù)值作為模式捜索法的初始值，經(jīng)過(guò)迭代搜索，最后得出待監(jiān)測(cè)礦區(qū)的準(zhǔn)確采空區(qū)參數(shù)值，包括采空區(qū)的中心點(diǎn)坐標(biāo)、走向長(zhǎng)、傾向長(zhǎng)、開(kāi)采厚度、開(kāi)采深度及走向方位角。該方法具體操作步驟如下:
步驟1:利用InSAR技術(shù)獲取待監(jiān)測(cè)的開(kāi)采礦區(qū)經(jīng)過(guò)地理編碼后的雷達(dá)視線向形變場(chǎng)，即LOS ；所述地理編碼，是指將雷達(dá)影像坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到通用橫軸墨卡托投影(UniversalTransverse Mercatol pro jection,簡(jiǎn)稱(chēng) UTM)坐標(biāo)系；步驟2:利用臨近礦區(qū)的采空區(qū)參數(shù)和觀測(cè)值求取臨近礦區(qū)的概率積分法模型系數(shù)；其中，臨近礦區(qū)的采空區(qū)參數(shù)包括采空區(qū)走向長(zhǎng)D3、傾向長(zhǎng)D1、開(kāi)采厚度m、開(kāi)采深度H、走向方位角％，觀測(cè)值包括利用水準(zhǔn)儀、全站儀或GPS測(cè)量的臨近礦區(qū)中任意點(diǎn)的地表垂直下沉值W和水平移動(dòng)值U ；概率積分法模型中任一點(diǎn)的下沉和水平移動(dòng)預(yù)計(jì)公式如下:
權(quán)利要求
1.種基于InSAR技術(shù)的礦區(qū)開(kāi)采監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，首先通過(guò)求取與待監(jiān)測(cè)礦區(qū)臨近的礦區(qū)的概率積分法模型系數(shù)，利用InSAR技術(shù)獲取的開(kāi)采礦區(qū)雷達(dá)視線向形變場(chǎng)，將待監(jiān)測(cè)礦區(qū)工作面的長(zhǎng)度、寬度、厚度、開(kāi)采深度、走向方位角、中心點(diǎn)坐標(biāo)作為未知數(shù)與求取的臨近礦區(qū)的概率積分法模型系數(shù)帶入概率積分法模型，利用遺傳算法捜索得出待監(jiān)測(cè)礦區(qū)的工作面的參數(shù)值；把遺傳算法得到的工作面參數(shù)值作為模式捜索法的初始值，經(jīng)過(guò)迭代搜索，得出待監(jiān)測(cè)礦區(qū)的準(zhǔn)確采空區(qū)參數(shù)值，包括采空區(qū)的中心點(diǎn)坐標(biāo)、走向長(zhǎng)、傾向長(zhǎng)、開(kāi)采厚度、開(kāi)采深度及走向方位角。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種基于InSAR技術(shù)的礦區(qū)開(kāi)采監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，該方法具體操作步驟如下: 步驟1:利用InSAR技術(shù)獲取待監(jiān)測(cè)的開(kāi)采礦區(qū)經(jīng)過(guò)地理編碼后的雷達(dá)視線向形變場(chǎng)，即 LOS ； 所述地理編碼，是指將雷達(dá)影像坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到通用橫軸墨卡托投影(UniversalTransverse Mercatol pro jection,簡(jiǎn)稱(chēng) UTM)坐標(biāo)系； 步驟2:利用臨近礦區(qū)的采空區(qū)參數(shù)和觀測(cè)值求取臨近礦區(qū)的概率積分法模型系數(shù)；其中，臨近礦區(qū)的采空區(qū)參數(shù)包括采空區(qū)走向長(zhǎng)D3、傾向長(zhǎng)D1、開(kāi)采厚度m、開(kāi)采深度H、走向方位角ル，觀測(cè)值包括利用水準(zhǔn)儀、全站儀或GPS測(cè)量的臨近礦區(qū)中任意點(diǎn)的地表垂直下沉值W和水平移動(dòng)值U ； 概率積分法模型中任一點(diǎn)的下沉和水平移動(dòng)預(yù)計(jì)公式如下:
3.據(jù)權(quán)利要求2所述的基于InSAR技術(shù)的礦區(qū)開(kāi)采的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟4中遺傳算法的種群大小為20，種群生成方式為隨機(jī)生成、種群選擇操作的方式為輪盤(pán)賭、交叉概率為0.7、交叉方式為兩點(diǎn)交叉、變異函數(shù)為高斯函數(shù)，迭代次數(shù)為300代。
4.據(jù)權(quán)利要求3所述的基于InSAR技術(shù)的礦區(qū)開(kāi)采的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟5中的模式搜索法的初始格網(wǎng)大小為1，擴(kuò)展因子為2、收縮因子0.5、迭代終止條件即格網(wǎng)尺寸〈10'
5.據(jù)權(quán)利要求2所述的基于InSAR技術(shù)的礦區(qū)開(kāi)采的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述地表下沉W° (x)、水平移動(dòng)U0 (x)、地表下沉W° (y)和水平移動(dòng)U0 (y)的預(yù)計(jì)公式如下: I)當(dāng)?shù)V區(qū)地下開(kāi)采工作面傾向充分開(kāi)采，走向?yàn)橛邢揲_(kāi)采時(shí)，造成的地表下沉W°(x)和水平移動(dòng)U°(x)的預(yù)計(jì)公式如下:
全文摘要
本發(fā)明是一種基于InSAR技術(shù)的礦區(qū)開(kāi)采監(jiān)測(cè)方法，首先通過(guò)求取與待監(jiān)測(cè)礦區(qū)臨近的礦區(qū)的概率積分法模型系數(shù)，通過(guò)利用InSAR技術(shù)獲取的待監(jiān)測(cè)礦區(qū)的雷達(dá)視線向形變場(chǎng)，將待監(jiān)測(cè)礦區(qū)工作面的長(zhǎng)度、寬度、厚度、開(kāi)采深度、走向方位角、中心點(diǎn)坐標(biāo)作為未知數(shù)與待監(jiān)測(cè)礦區(qū)臨近的礦區(qū)的概率積分法模型系數(shù)一起帶入概率積分法模型，其次利用遺傳算法搜索得出待監(jiān)測(cè)礦區(qū)工作面的參數(shù)值；最后把遺傳算法得到的工作面參數(shù)值作為模式搜索法的初始值，經(jīng)過(guò)迭代搜索，得出待監(jiān)測(cè)礦區(qū)的準(zhǔn)確工作面參數(shù)值。克服了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)礦區(qū)開(kāi)采監(jiān)測(cè)時(shí)只能得到開(kāi)采的大致位置，不能精確地獲得地下采空區(qū)詳細(xì)參數(shù)信息的問(wèn)題，大大拓寬了InSAR技術(shù)在礦區(qū)的應(yīng)用空間，提供了一種低成本、大范圍的礦區(qū)開(kāi)采精細(xì)化監(jiān)測(cè)的手段。
文檔編號(hào)G01S13/90GK103091675SQ20131001130
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者朱建軍, 楊澤發(fā), 李志偉, 胡俊 申請(qǐng)人:中南大學(xué)