本技術(shù)涉及測量，特別涉及一種煤礦采空區(qū)沉陷盆地邊界的測量方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、地下煤礦開采引起的地表沉陷盆地邊緣容易出現(xiàn)拉裂破壞，造成地面不均勻沉降，嚴(yán)重損害建(構(gòu))筑物安全。人工野外實地測量難以提供覆蓋整個下沉盆地的地表觀測數(shù)據(jù)，無法準(zhǔn)確圈定沉陷盆地的邊界。

2、相關(guān)技術(shù)中，insar(interferometric?synthetic?aperture?radar，合成孔徑雷達干涉測量)因其全天時、全天侯、高精度、覆蓋范圍廣、等優(yōu)點已快速發(fā)展為新興的空間對地觀測技術(shù)，并在礦區(qū)地表沉陷盆地邊界探測方面發(fā)揮重要作用。目前普遍應(yīng)用的insar技術(shù)包括dinsar(differential?interferometric?synthetic?aperture?radar，差分合成孔徑雷達干涉測量)、ps-insar(permanent?scatterer?interferometry，永久散射體干涉測量)和sbas-insar(small?baseline?subset?interferometry，小基線集干涉測量)等。

3、然而，dinsar方法具有大范圍面狀地表變形監(jiān)測能力，但時空失相干、大氣延遲、dem(digital?elevation?model，數(shù)字高程模型)誤差等因素限制了礦區(qū)地表變形監(jiān)測的精度。以ps-insar和sbas-insar為代表的時序insar技術(shù)雖然可減弱時空失相干和大氣噪聲獲得毫米級別的變形監(jiān)測結(jié)果，但難以獲取足夠數(shù)量的監(jiān)測點目標(biāo)。因此，相關(guān)技術(shù)無法滿足煤礦采空區(qū)沉陷盆地邊界的高精度測量，亟待改進。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供一種煤礦采空區(qū)沉陷盆地邊界的測量方法及裝置，以解決相關(guān)技術(shù)中，由于dinsar可能受到時空失相干、大氣延遲、dem誤差等因素的影響，限制礦區(qū)地表變形監(jiān)測的精度，且由于ps-insar和sbas-insar難以獲取足夠數(shù)量的監(jiān)測點目標(biāo)，可能無法實現(xiàn)煤礦采空區(qū)沉陷盆地邊界的高精度測量等問題。

2、本技術(shù)第一方面實施例提供一種煤礦采空區(qū)沉陷盆地邊界的測量方法，包括以下步驟：獲取覆蓋煤礦采空區(qū)沉陷盆地的sar(synthetic?aperture?radar，合成孔徑雷達)影像數(shù)據(jù)，并對所述sar影像數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，以生成配準(zhǔn)的sar影像數(shù)據(jù)集；基于所述sar影像數(shù)據(jù)集建立第一多主影像干涉相位數(shù)據(jù)集，以得到所述第一多主影像干涉相位數(shù)據(jù)集對應(yīng)的差分干涉圖，并根據(jù)所述差分干涉圖重建采動歷程；對所述差分干涉圖進行堆疊處理，得到采動影響地表變形的平均速率圖，以根據(jù)所述平均速率圖圈定采動影響地表變形的范圍；基于所述sar影像數(shù)據(jù)集生成單主影像差分干涉相位數(shù)據(jù)集和第二多主影像干涉相位數(shù)據(jù)集，并基于所述單主影像差分干涉相位數(shù)據(jù)集和所述第二多主影像干涉相位數(shù)據(jù)集建立耦合影像干涉相位數(shù)據(jù)集，以對所述耦合影像干涉相位數(shù)據(jù)集進行分析，得到煤礦采空區(qū)沉陷盆地邊界的時序變形數(shù)據(jù)；結(jié)合所述采動歷程、所述采動影響地表變形的范圍和所述時序變形數(shù)據(jù)得到煤礦采空區(qū)沉陷盆地邊界的測量結(jié)果。

3、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述根據(jù)所述差分干涉圖重建采動歷程，包括：對所述第一多主影像干涉相位數(shù)據(jù)集進行處理，得到所述第一多主影像干涉相位數(shù)據(jù)集的平均相干性圖；基于所述平均相干性圖確定滿足預(yù)設(shè)條件的至少一個解纏參考點，以根據(jù)所述至少一個解纏參考點對所述干涉圖進行相位解纏，得到差分干涉條紋圖；根據(jù)所述差分干涉條紋圖中心位置重建采動歷程。

4、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述第一多主影像干涉相位數(shù)據(jù)集為n幅sar影像生成的(n-4)×7-1對干涉圖，其中，n為正整數(shù)。

5、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述對所述差分干涉圖進行堆疊處理，得到采動影響地表變形的平均速率圖，包括：對所述差分干涉圖進行堆疊處理，得到第一差分干涉圖集，并從所述第一差分干涉圖集中估計并去除二次相位變化率，得到第二差分干涉圖集；計算所述第二差分干涉圖集中每個像素點的相位變化率、相位變化率標(biāo)準(zhǔn)差和殘余相位的標(biāo)準(zhǔn)差，并基于所述每個像素點的所述相位變化率、所述相位變化率標(biāo)準(zhǔn)差和所述殘余相位的標(biāo)準(zhǔn)差，對和高程相關(guān)的大氣組分進行線性回歸得到大氣相位延遲，并利用大窗口濾除所述大氣相位延遲得到目標(biāo)差分干涉圖集；基于所述目標(biāo)差分干涉圖集中像素點的強度和相干性，生成相位解纏的掩膜圖，并基于所述掩膜圖確定目標(biāo)測量點，以基于所述目標(biāo)測量點得到所述采動影響地表變形的平均速率圖。

6、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述采動影響地表變形的平均速率圖的表達式為：

7、

8、其中，vmean為地表變形的平均速率，φi為n個干涉圖的解纏相位，δti為時間間隔。

9、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述基于所述單主影像差分干涉相位數(shù)據(jù)集和所述第二多主影像干涉相位數(shù)據(jù)集建立耦合影像干涉相位數(shù)據(jù)集，包括：基于所述sar影像數(shù)據(jù)集選取永久散射體，并依據(jù)時空基線原則選取主影像，以結(jié)合所述永久散射體和所述主影像，建立所述單主影像差分干涉相位數(shù)據(jù)集；根據(jù)所述sar影像數(shù)據(jù)集計算基線文件，并基于所述基線文件，利用短基線原則和多主影像原則，建立所述第二多主影像干涉相位數(shù)據(jù)集；將所述單主影像差分干涉相位數(shù)據(jù)集和所述第二多主影像干涉相位數(shù)據(jù)集進行兼容性處理，并將所述單主影像差分干涉相位數(shù)據(jù)集和所述第二多主影像干涉相位數(shù)據(jù)集中的每一個像素值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的復(fù)數(shù)值，以將對應(yīng)位置的所述復(fù)數(shù)值進行疊加，得到所述耦合影像干涉相位數(shù)據(jù)集。

10、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述第二多主影像干涉相位數(shù)據(jù)集為n幅sar影像生成的(n-2)×3(n-2)*3對干涉圖，其中，n為正整數(shù)。

11、本技術(shù)第二方面實施例提供一種煤礦采空區(qū)沉陷盆地邊界的測量裝置，包括：獲取模塊，用于獲取覆蓋煤礦采空區(qū)沉陷盆地的合成孔徑雷達sar影像數(shù)據(jù)，并對所述sar影像數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，以生成配準(zhǔn)的sar影像數(shù)據(jù)集；構(gòu)建模塊，用于基于所述sar影像數(shù)據(jù)集建立第一多主影像干涉相位數(shù)據(jù)集，以得到所述第一多主影像干涉相位數(shù)據(jù)集對應(yīng)的差分干涉圖，并根據(jù)所述差分干涉圖重建采動歷程；處理模塊，用于對所述差分干涉圖進行堆疊處理，得到采動影響地表變形的平均速率圖，以根據(jù)所述平均速率圖圈定采動影響地表變形的范圍；生成模塊，用于基于所述sar影像數(shù)據(jù)集生成單主影像差分干涉相位數(shù)據(jù)集和第二多主影像干涉相位數(shù)據(jù)集，并基于所述單主影像差分干涉相位數(shù)據(jù)集和所述第二多主影像干涉相位數(shù)據(jù)集建立耦合影像干涉相位數(shù)據(jù)集，以對所述耦合影像干涉相位數(shù)據(jù)集進行分析，得到煤礦采空區(qū)沉陷盆地邊界的時序變形數(shù)據(jù)；測量模塊，用于結(jié)合所述采動歷程、所述采動影響地表變形的范圍和所述時序變形數(shù)據(jù)得到煤礦采空區(qū)沉陷盆地邊界的測量結(jié)果。

12、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述構(gòu)建模塊包括：第一處理單元，用于對所述第一多主影像干涉相位數(shù)據(jù)集進行處理，得到所述第一多主影像干涉相位數(shù)據(jù)集的平均相干性圖；第一生成單元，用于基于所述平均相干性圖確定滿足預(yù)設(shè)條件的至少一個解纏參考點，以根據(jù)所述至少一個解纏參考點對所述干涉圖進行相位解纏，得到差分干涉條紋圖；重建單元，用于根據(jù)所述差分干涉條紋圖中心位置重建采動歷程。

13、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述第一多主影像干涉相位數(shù)據(jù)集為n幅sar影像生成的(n-4)×7-1對干涉圖，其中，n為正整數(shù)。

14、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述處理模塊包括：第二處理單元，用于對所述差分干涉圖進行堆疊處理，得到第一差分干涉圖集，并從所述第一差分干涉圖集中估計并去除二次相位變化率，得到第二差分干涉圖集；計算單元，用于計算所述第二差分干涉圖集中每個像素點的相位變化率、相位變化率標(biāo)準(zhǔn)差和殘余相位的標(biāo)準(zhǔn)差，并基于所述每個像素點的所述相位變化率、所述相位變化率標(biāo)準(zhǔn)差和所述殘余相位的標(biāo)準(zhǔn)差，對和高程相關(guān)的大氣組分進行線性回歸得到大氣相位延遲，并利用大窗口濾除所述大氣相位延遲得到目標(biāo)差分干涉圖集；第二生成單元，用于基于所述目標(biāo)差分干涉圖集中像素點的強度和相干性，生成相位解纏的掩膜圖，并基于所述掩膜圖確定目標(biāo)測量點，以基于所述目標(biāo)測量點得到所述采動影響地表變形的平均速率圖。

15、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述采動影響地表變形的平均速率圖的表達式為：

16、

17、其中，vmean為地表變形的平均速率，φi為n個干涉圖的解纏相位，δti為時間間隔。

18、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述生成模塊包括：第一構(gòu)建單元，用于基于所述sar影像數(shù)據(jù)集選取永久散射體，并依據(jù)時空基線原則選取主影像，以結(jié)合所述永久散射體和所述主影像，建立所述單主影像差分干涉相位數(shù)據(jù)集；第二構(gòu)建單元，用于根據(jù)所述sar影像數(shù)據(jù)集計算基線文件，并基于所述基線文件，利用短基線原則和多主影像原則，建立所述第二多主影像干涉相位數(shù)據(jù)集；第三處理單元，用于將所述單主影像差分干涉相位數(shù)據(jù)集和所述第二多主影像干涉相位數(shù)據(jù)集進行兼容性處理，并將所述單主影像差分干涉相位數(shù)據(jù)集和所述第二多主影像干涉相位數(shù)據(jù)集中的每一個像素值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的復(fù)數(shù)值，以將對應(yīng)位置的所述復(fù)數(shù)值進行疊加，得到所述耦合影像干涉相位數(shù)據(jù)集。

19、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述第二多主影像干涉相位數(shù)據(jù)集為n幅sar影像生成的(n-2)×3(n-2)*3對干涉圖，其中，n為正整數(shù)。

20、本技術(shù)第三方面實施例提供一種電子設(shè)備，包括：存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述程序，以實現(xiàn)如上述實施例所述的煤礦采空區(qū)沉陷盆地邊界的測量方法。

21、本技術(shù)第四方面實施例提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)存儲計算機程序，該程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上的煤礦采空區(qū)沉陷盆地邊界的測量方法。

22、本技術(shù)第五方面實施例提供一種計算機程序產(chǎn)品，所述計算機程序被執(zhí)行時，以用于實現(xiàn)如上的煤礦采空區(qū)沉陷盆地邊界的測量方法。

23、本技術(shù)實施例可以獲取煤礦采空區(qū)沉陷盆地邊界的sar影像數(shù)據(jù)，生成配準(zhǔn)的sar影像數(shù)據(jù)集，進而可以建立第一多主影像干涉相位數(shù)據(jù)集，根據(jù)差分干涉條紋圖中心位置反演采動歷程，并對差分干涉圖進行堆疊處理，得到采動影響地表變形的平均速率圖，以圈定采動影響地表變形的范圍，從而可以生成單主影像差分干涉相位數(shù)據(jù)集和第二多主影像干涉相位數(shù)據(jù)集，以建立耦合影像干涉相位數(shù)據(jù)集，對散射特性穩(wěn)定的相干目標(biāo)點進行干涉處理和時序反演分析，得到煤礦采空區(qū)沉陷盆地邊界的變形數(shù)據(jù)，能夠有效提高監(jiān)測點的密度和空間覆蓋率，有助于獲得煤礦采空區(qū)沉陷盆地邊界的時間序列變形數(shù)據(jù)，實現(xiàn)毫米級高精度測量。由此，解決了相關(guān)技術(shù)中，由于dinsar可能受到時空失相干、大氣延遲、dem誤差等因素的影響，限制礦區(qū)地表變形監(jiān)測的精度，且由于ps-insar和sbas-insar難以獲取足夠數(shù)量的監(jiān)測點目標(biāo)，可能無法實現(xiàn)煤礦采空區(qū)沉陷盆地邊界的高精度測量等問題。

24、本技術(shù)附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本技術(shù)的實踐了解到。