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申请/专利权人：辽宁工程技术大学;阜新矿业集团;内蒙古白音华海州露天煤矿有限公司

摘要：本发明公开了一种基于D‑InSAR‑GIS叠加分析技术的大面积矿区沉陷监测方法。包括：SAR影像数据处理，经过相位转形变和地理编码后，将绝对校准和解缠的相位，结合合成相位，转换为形变数据。然后通过地理编码将SAR的斜距投影坐标系下的形变数据转换到制图坐标系统，得到LOS雷达视线方向和垂直方向的形变信息。将D‑InSAR技术获得的每一期形变数据通过GIS技术进行叠加处理，得到跨越长时间、大范围且高精度的矿区工作面的沉降信息，并通过GIS技术将D‑InSAR技术获取的时间序列栅格数据与矿区工作面的矢量数据叠加处理，更直观的分析与解读矿区工作面沉降的具体位置与形变信息。本发明能够快捷、高效、精准的实时出具矿区工作面的风险评估报告。

主权项：1.一种基于D-InSAR-GIS叠加分析技术的大面积矿区沉陷监测方法，其特征在于包含以下步骤：步骤1：挑选覆盖矿区工作面范围的不同时间t1，t2，…，tn序列SAR影像，影像应符合时间周期性较优、没有雷暴条件的干扰因素；步骤2：将步骤1中所获得的多幅影像两两配对[t1，t2,t3，t4,…,tn-1，tn]；对每一影像对进行包括主影像选取、基线估算、配准、产生差分干涉图、去平地效应、滤波和相干性计算、相位解缠、选取控制点、轨道精炼与重去平步骤，生成监测区可在图像中表达的相位信息，来判断我们所监测区域的形变的位置并分析监测质量的好坏；步骤3：步骤2中生成相位信息并转化成形变信息的具体过程为，对目标矿区所覆盖区域的SAR影像进行：1基线估算，用来评价干涉像对的质量，包括时间基线、空间基线、多普勒偏移、一个相位变化周期代表的高程变化信息，是D-InSAR数据解算的前提条件；2配准，采用通过卫星轨道参数计算图像对偏移量的方法进行粗配准；采用基于窗口的自动配准技术进行像元级配准；采用过采样、相对偏移量估算与拟合、重采样的方法进行亚像元级的配准；3干涉图的生成，将经过精确配准后的SLC数据对复共轭相乘，生成干涉图；4去平地效应，平地效应指高度不变的平地在干涉纹图中所表现出来的干涉条纹随距离向和方位向的变化而呈周期性变化的现象；采用利用基线距的方法进行平地效应的计算与去除；5滤波和相干性计算，Goldstein滤波方法的滤波器是可变的，提高了干涉条纹的清晰度、减少了由空间基线或时间基线引起的失相干的噪声，这种方法是最常用的方法；采用Goldstein法对去平后的干涉图进行滤波，去掉由平地干涉引起的相位噪声，同时生成干涉的相干图；6相位解缠，相位的变化是以2π为周期的，所以只要相位变化超过了2π，相位就会重新开始和循环；相位解缠是对去平和滤波后的相位进行解缠处理，使之与线性变化的地形信息对应，解决2π模糊的问题；采用最小费用流法作为解缠方法；7控制点选择，选取用于轨道精炼的控制点文件；8轨道精炼和重去平，进行轨道精炼和相位偏移的计算，消除可能的斜坡相位，对卫星轨道和相位偏移进行纠正；这一步对解缠后的相位是否能正确转化为形变值很关键，采用自动优化法，这种方法是首先根据输入的控制点估算轨道形态，如果控制点选点的个数小于7会自动切换到轨道优化方法；9相位转形变以及地理编码，将经过绝对校准和解缠的相位，结合合成相位，转换为形变数据；然后通过地理编码将SAR的斜距投影坐标系下的形变数据转换到制图坐标系统，得到的是LOS方向或垂直方向的形变信息；步骤4：将D-InSAR技术获得的每一期形变数据[Dt1，t2,Dt3，t4,…,Dtn-1，tn]通过GIS技术进行叠加处理，得到跨越长时间、大范围且高精度的矿区工作面的沉降信息；步骤5：继续通过GIS技术将D-InSAR技术获取的时间序列栅格数据与矿区工作面的矢量数据叠加处理，更直观的分析与解读矿区工作面沉降的具体位置与形变信息；步骤3所述的用D-InSAR技术对SAR影像进行数据处理的数学模型与公式如下：在轨道S1和S2两个位置对同一地面目标P进行两次成像，目标P的高程为h，θ为雷达观测目标P的侧视角，B为卫星两次经过时的轨道间距，称作空间基线，R1、R2分别是两次观测时的斜距，α是基线与水平方向的夹角，P0为P在参考平地上的等斜距点；假设P点在两次成像期间发生位移D，位移后P点移至P0点位置，则重复轨道干涉测量的相位可表示为以下各相位分量的组合： 式中分别表示地球形状，地球起伏，地表形变，大气以及噪声引起的干涉相位；其中，计算公式为： 则成像期间发生的位移偏量D的表达式为： 步骤4所述的用D-InSAR技术对SAR影像进行数据处理是基于GIS技术的D-InSAR栅格数据叠加分析的数学原理如下：在栅格叠加中，每个图层的每个像元都引用相同的地理位置；这使其非常适用于将许多图层的特征合并到单一图层中的操作；通过将数值指定给每个特征，便可以数学方式合并图层并将新值指定给输出图层中的每个像元；用于按适宜性或风险为属性值排列等级，然后将这些属性值相加以便为每个像元生成一个总等级；根据对SAR影像数据处理过后栅格结果，通过GIS空间分析功能提取有效形变信息并可视化处理；首先对栅格数据进行地理坐标转换，使栅格数据与矿区工作面的矢量数据在同一坐标系下，方便后续栅格与矢量数据的叠加处理，之后对D-InSAR的多期栅格数据通过栅格计算器进行叠加出处理，生成跨越长时间、大范围、高精度的矿区工作面沉降信息，再利用GIS的提取工具绘制等值线，将CONTOUR＝0的等值线作为边界提取矿区工作面的下沉区域；计算矿区工作面的下沉情况，获取工作面走向和倾向线的沉降曲线，挖掘时序沉降信息，分析每一期的沉降量是否过大，以及能否进行后续的开采工作，并将其与工作面的矢量边界数据叠加，分析工作面下沉的具体位置和形变信息，为矿区的后续回填和维护工作，提出有力的技术支撑。

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