1.一种煤矿充填开采地表减沉效果监测与评价方法,其特征在于,步骤包括:
首先收集覆盖煤矿工作面完整充填开采阶段的SAR影像集,利用DS InSAR技术处理SAR影像集从而获取高精度DS InSAR地表形变信息;
结合高精度DS InSAR地表形变信息利用反正切时间函数预计得到DS InSAR累计形变,将DS InSAR累计形变作为充填PIM模型反演的边界约束条件,获取最优模型参数;
将最优模型参数分别代入PIM模型与充填PIM模型得到对应的空间上连续完整的地表形变,对比充填开采与未充填开采条件下的地表形变,得到空间上连续完整的高空间分辨率煤矿充填开采地表减沉效果和地表倾斜变化,最后利用高空间分辨率的煤矿充填开采地表减沉效果和地表倾斜变化评估地表建构筑物损毁等级。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿充填开采地表减沉效果监测与评价方法,其特征在于,高精度DS InSAR地表形变获取方法如下:生成小基线单视差分干涉图:获取覆盖煤矿工作面整个充填开采阶段的N景SAR影像,对N景SAR影像进行配准和裁剪,在不存在影像孤点的前提下设置时空基线阈值,引入外部数字高程模型DEM和精轨数据POD,生成M(N‑1
优化干涉相位质量:利用HTCI算法逐像素识别周围同质像元数,将同质像元数大于20的像素视为DS初始候选点,先后利用空间自适应滤波和EMI算法优化其相位质量;同质像元数小于20的像素则视为PS初始候选点,对其进行掩膜,不进行相位优化;
多因子提取并融合相干点,生成初始相干点集合ΩCP:根据矿区具体情况,兼顾相干点数量和质量的情况下设置合适的时间相干性阈值γthre与振幅离差阈值Dthre,从DS初始候选点中进一步提取并融合大于时间相干性阈值γthre的DS点的候选点,从PS初始候选点中进一步提取并融合小于振幅离差阈值Dthre的PS点的候选点,将提取出的DS点的候选点和PS点的候选点共同组成初始相干点集合ΩCP;
获取高精度DS InSAR时序地表形变:基于StaMPS时序处理软件消除初始相干点集合ΩCP中的残余轨道与地形误差及大气延迟,最终获取高精度DS InSAR时序地表形变。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿充填开采地表减沉效果监测与评价方法,其特征在于,反演最优PIM模型参数的方法为:利用反正切时间函数逐点拟合时序地表形变,预计得到DS InSAR累计形变,将DS InSAR累计形变作为充填PIM模型反演的边界约束条件,获取最优PIM模型参数:由于PIM模型边界约束理论上需要地表沉降达到平稳后的累计形变,而影像仅监测了工作面整个充填开采过程发生的形变,未考虑到充填开采结束后地表沉降达到平稳状态发生的剩余形变,因此需要利用反正切时间函数逐点拟合时序地表形变,预计得到煤矿地表达到平稳后的累计形变DLOS,将此累计形变作为PIM反演的边界约束条件;
向传统的PIM模型引入等价采高理论,用等价采厚Me代替实际采厚M,构建适合充填开采条件下的充填PIM模型;
在满足充填PIM模型参数物理意义与矿区实际情况的前提下,设矿区东西和南北向水平形变都等于垂向形变与水平移动系数b的乘积,利用遗传算法迭代计算模型反演参数不同数值组合下的多个三维形变模型,分别对三维形变模型获得转化为LOS向形变预计值D'LOS,计算形变预计值D'LOS与累计形变DLOS之间的差值ε,直到满足差值ε不大于预设误差阈值εT时,ε≤εT,输出该套参数,并将此套参数作为该边界约束条件下的最优充填PIM模型反演参数。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿充填开采地表减沉效果监测与评价方法,其特征在于:利用反正切时间函数逐点拟合时序地表形变,预计得到矿区最终累计形变,充分考虑了工作面充填开采结束后的剩余形变,具体公式为:‑1 ‑1
δ=p1{tan p0(t‑p2)+tan p0p2}
其中,δ为最终累计形变量;t为监测时间,单位为天;p0,p1,p2为利用最小二乘准则拟合时序地表形变得到的反正切时间函数参数。
5.根据权利要求3所述的一种煤矿充填开采地表减沉效果监测与评价方法,其特征在于:引入等价采高理论,构建充填PIM模型,模型未知参数包括模型反演参数和等价采厚;
充填PIM模型反演参数即模型全部参数,为迭代求解的参数,具体包括下沉系数q、水平移动系数b、主要影响角正切tanβ、开采传播角θ、左上右下拐点偏距s1,s2,s3,s4;
在充实率σ已知的情况下,等价采厚与实际采厚关系为:Me=M(1‑σ)。
6.根据权利要求1所述的一种煤矿充填开采地表减沉效果监测与评价方法,其特征在于:利用三维形变模型将模型预计的三维形变转化为LOS向形变值D'LOS,设矿区东西和南北向水平形变都等于垂向形变与水平移动系数b的乘积,具体公式如下:D′LOS=Wcosθinc‑sinθinc[UNScos(αazi‑3π/2)+UEWsin(αazi‑3π/2)]其中,UEW、UNS和W分别表示矿区平面图中东西、南北向水平形变和垂直形变,θinc和αazi分别表示卫星入射角和方位角。