[发明专利]一种采煤区地面形变识别与评价方法

说明书

本发明公开了一种采煤区地面形变识别与评价方法，涉及地质环境治理与监测技术领域，包括步骤一：收集煤矿区不同时期高精度光学遥感影像、InSAR数据、DEM数据、煤田地质勘查、地面塌陷调查、煤矿两图两案数据以及治理和监测资料；步骤二：在步骤一中预处理的基础上应用数字高程模型确定采煤塌陷区范围和采煤塌陷区塌陷量；步骤三：对步骤二中的采煤塌陷区范围和塌陷量进行解译和结果处理，得到最终采煤区地面形变的识别结果；步骤四：在步骤三的识别结果的基础上，通过InSAR技术获取采煤区地面塌陷速率以及确定地面塌陷历时变化特征。本发明可有效解决传统的采煤区地面形变识别方法无法对采煤区地面变形信息进行量化的问题。

技术领域

本发明涉及地质环境治理与监测技术领域，尤其是涉及一种采煤区地面形变识别与评价方法。

背景技术

地下矿物被采出后，开采区域周围岩体的原始应力平衡状态受到破坏，应力重新分布，达到新的平衡。在此过程中，矿山会发生开采沉陷，即岩层和地表产生连续的移动、变形和非连续破坏(开裂、冒落等)。开采沉陷是一种典型的人类活动诱发的环境灾害，大面积的矿物开采不可避免地要占用和破坏大量的土地，易诱发各种地质灾害，由此造成原有环境景观的严重破坏并引发一系列的生态环境扰动和损伤。因此，识别并分析采煤塌陷区范围、塌陷量和塌陷过程，核查地面塌陷引起的灾害危险程度及其风险对于掌握采煤塌陷区地质灾害隐患现状，增强地质灾害防治的针对性和有效性，有效推进矿区生态保护修复和国土空间规划优化具有重要意义。

目前采煤引起的地面变形识别方法主要包含常规的大地测量、地面调查以及InSAR干涉、无人机航测、激光扫描等遥感技术，有时也采用这些方法之间的不同组合。但是由于采煤引起的地面形变迹象随着时间的推移和人类的扰动而变得模糊，当采用常规的大地测量和传统的地面调查方法获取采煤区地面形变历史信息时显然是不适用的，而且野外工作量大。进一步，利用多期SAR影像进行干涉处理可实现厘米级变形量的捕捉，但对于一般情况下数米级的采煤地面变形情景而言(如塌陷位移、剥挖深度、堆积高度)，易产生失相干现象，无法得到地表大梯度的空间变形信息。综合来看，上述这些方法对于获取近五年的采煤区地面变形特征具有优势，但是当追溯到历史采煤期时，传统的地面调查与监测和单一的新技术很难实现对采煤区地面变形信息的量化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采煤区地面形变识别与评价方法，以解决上述背景技术中传统的采煤区地面形变识别方法无法对采煤区地面变形信息进行量化的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种采煤区地面形变识别方法，包括以下步骤：

步骤一：收集煤矿区不同时期高精度光学遥感影像、InSAR数据、DEM数据、煤田地质勘查、地面塌陷调查、煤矿两图两案数据以及治理和监测资料，并在收集到的各种资料中通过去掉无效信息，获取有效信息来对资料进行预处理；

步骤二：在步骤一中各种资料预处理的基础上应用数字高程模型确定采煤塌陷区范围和采煤塌陷区塌陷量；

步骤三：对步骤二中的采煤塌陷区范围和塌陷量进行解译和结果处理，得到最终采煤区地面形变的识别结果；

步骤四：在步骤三的识别结果的基础上，通过InSAR技术获取采煤区地面塌陷速率以及确定地面塌陷历时变化特征。

进一步的，步骤二中确定采煤塌陷区范围具体包括：利用多期数字高程模型进行差值运算，得到点对点高程差值计算结果，结合计算结果，圈定不同时期的悬顶和地面塌陷范围，确定正在地面塌陷区域，依此建立地表高程变化模型，以此识别地面形变范围并初步确定垂直位移。

进一步的，步骤三中结果处理包括数字高程模型数据校准：以现场监测沉降数据校核数字高程模型数据差值后的相对量；通过数据分析及拟合计算，得到二者之间的耦合数学关系；提出基于数字高程模型的地面形变值与监测值之间的耦合关系表达式，获取矿区范围内更加贴近实际的地面形变量。