法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2022-06-28
公开
发明专利申请公布
技术领域
本发明涉及一种全场测线联合的深部开采地表沉陷监测及土地复垦适宜性评价方法，此方法适用于深部采动下地表沉陷监测及土地复垦适宜性分析，属于矿区开采沉陷技术领域。
背景技术
矿区土地和生态环境破坏的源头来自于开采引起的地表沉陷。在大采深高应力条件下，深部开采地表沉陷呈现出与浅部开采不同的时空演化规律，日益称为岩层移动控制领域的研究热点。开展深部采动下地表沉陷精确监测与土地复垦适宜性评价，具有重要现实意义。
地表移动变形具有复杂的空间场分布和非定常特性。传统测线法观测技术，在系统化、高精化、集成化等方面有了很大提高，但由于获取的是点参数，难以解决地表移动复杂的全区域时空动态变化特征；近年来发展较快的InSAR监测技术，具有覆盖范围广、全场全天候成像的特点，但具有机动性不强、精度不高的弱点；UAV-LiDAR(无人机机载雷达)监测具有成本低、机动性强的特点，但精度不高、监测范围和深度有限。可见，采用单一方法不足以精准掌握地表沉陷情况，因此多种方法相结合的综合监测方法成为地表沉陷监测的客观要求。
为此，本发明将以上三种监测方法有机结合，开展地表沉陷时空变化的全场精准监测，具有全面、准确、快速、机动等特点，为地表沉陷监测工作提供方法与思路；基于综合监测地表沉陷的结果，实现矿区土地复垦适宜性评价，为矿区治理与修复提供可靠依据。
发明内容
本发明的目的是解决单一监测方法难以精准掌握地表沉陷情况的问题，提供一种InSAR、UAV-LiDAR和测线法相结合的矿区地表沉陷监测及土地复垦适宜性分析方法，综合以上三种方法的监测优势开展精准监测，具有全面、准确、快速等特点，为地表沉陷监测工作提供方法与思路；基于监测结果对矿区土地复垦适宜性进行可行性分析，为矿区生态环境修复提供理论支撑。
一种全场测线联合的深部开采地表沉陷监测方法，其步骤为：
1)确定矿区地表沉陷监测区域；依据切眼位置、测区煤层倾角、地层岩性信息，得出走向观测线和倾向观测线位置与长度；
2)采用25m间距布设观测点，在重点监测区域布设GNSS连续监测点；
3)采用InSAR技术全天候、全天时的监测地表沉陷；
4)采用UAV-LiDAR监测地表沉陷情况，获取两个时刻地表的数字地面模型DEM；
5)将UAV-LiDAR得到的沉陷区域与InSAR获得沉陷边界区域融合，得到完整的沉陷盆地。
所述的步骤1)中，监测区域为工作面边界倾向延长1000m，走向延长1000m的长方形区域。
所述的步骤2)中，采用钢筋混凝土钢筋的方法制作露头式测点，高出地0.25m，间距25m。
所述的步骤3)中，采用InSAR技术进行监测，利用遥感卫星多时相的复雷达图像相干信息进行地表垂直形变量的提取，通过影像配准、干涉图生成、去平地效应、相位解缠、地理编码生成监测区域的DEM。
所述的步骤4)中，采用UAV-LiDAR监测方式，对监测地表在不同时段进行两侧扫描，获取两个时刻地表的数字地面模型DEM，用两期DEM相减，得到监测区域的地表下沉值。
一种全场测线联合的深部开采地表沉陷监测方法进行地复垦适宜性评价的方法，依据地表沉陷监测分析结果，结合土地利用现状、坡度、土壤基本数据，构建土地复垦适宜性评价体系，对矿区土地复垦适宜性进行可行性分析。
具体方法为：依据地表沉陷监测结果，获得地形地貌变化特征，结合土地利用现状、土壤植被基本数据，构建土地适宜类—土地质量二级评价体系，分别从林地、园地、耕地、草地四个复垦方向确定评价指标、评价等级及分类标准，进而得到土地复垦适宜性评价结果。
本发明创造的有益效果：
1、InSAR技术具有全天候、全天时的成像能力，成像面积大，信息量丰富，精度高；UAV-LiDAR技术成本低，机动灵活；测线法可提升地表沉陷监测整体精度，便于验证方法可行性。
2、InSAR技术可以监测沉陷盆地边缘0.1m以内的变形；UAV-LiDAR技术能在中等尺度区域内快速获取高质量地表沉陷盆地信息，可监测沉陷盆地中心大于0.1m的沉陷变形；测线法可监测全部测区的沉陷变形；三者结合可获得完整的地表下沉盆地数据。
3、多种监测方法相结合，弥补了单一监测方法存在的缺点与不足，适用于深部开采矿区的地表沉陷监测，可提供较精准的综合监测结果，对相关条件下地表沉陷监测及分析方法具有重要参考价值。
4、通过评价分析深部采动下矿区土地复垦适宜性，为矿区生态环境致力于修复提供理论支撑。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
图2为本发明一实施例中矿区地表沉陷监测方法的空间布局图。
具体实施方式
下面将结合本发明创造实施例中的附图，对本发明创造实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明创造一部分实施例，而不是全部的实施例。
一种全场测线联合的深部开采地表沉陷监测方法，其步骤为：
1)确定矿区地表沉陷监测区域；依据切眼位置、测区煤层倾角、地层岩性信息，得出走向观测线和倾向观测线位置与长度；
2)采用25m间距布设观测点，在重点监测区域布设GNSS连续监测点；
3)采用InSAR技术全天候、全天时的监测地表沉陷；
4)采用UAV-LiDAR监测地表沉陷情况，获取两个时刻地表的数字地面模型DEM；
5)将UAV-LiDAR得到的沉陷区域与InSAR获得沉陷边界区域融合，得到完整的沉陷盆地。
所述的步骤1)中，监测区域为工作面边界倾向延长1000m，走向延长1000m的长方形区域。
所述的步骤2)中，采用钢筋混凝土钢筋的方法制作露头式测点，高出地0.25m，间距25m。
所述的步骤3)中，采用InSAR技术进行监测，利用遥感卫星多时相的复雷达图像相干信息进行地表垂直形变量的提取，通过影像配准、干涉图生成、去平地效应、相位解缠、地理编码生成监测区域的DEM。
所述的步骤4)中，采用UAV-LiDAR监测方式，对监测地表在不同时段进行两侧扫描，获取两个时刻地表的数字地面模型DEM，用两期DEM相减，得到监测区域的地表下沉值。
一种全场测线联合的深部开采地表沉陷监测方法进行地复垦适宜性评价的方法，依据地表沉陷监测分析结果，结合土地利用现状、坡度、土壤基本数据，构建土地复垦适宜性评价体系，对矿区土地复垦适宜性进行可行性分析。
具体方法为：依据地表沉陷监测结果，获得地形地貌变化特征，结合土地利用现状、土壤植被基本数据，构建土地适宜类—土地质量二级评价体系，分别从林地、园地、耕地、草地四个复垦方向确定评价指标、评价等级及分类标准，进而得到土地复垦适宜性评价结果。
实施例1：
如图1所示，一种全场测线联合的深部开采地表沉陷监测方法及行地复垦适宜性评价方法，包括以下步骤：
1、确定地表沉陷监测区域：监测区域确定为工作面地表投影边界倾向延长1000m，走向延长1000m的长方形区域，可保证覆盖全部地表沉陷影响区域。
2、依据：
得出走向观测线和倾向观测线长度。其中，h为表土层厚度，H1和H2为采深，H0为平均采深，11、12分别为工作面走向倾向长度，
依据切眼位置、测区煤层倾角、最大下沉角等信息，得出走向观测线和倾向观测线位置；依据煤层开采深度决定采用25m间距布设观测点，在重点监测区域布设GNSS连续监测点。
采用InSAR技术监测地表沉陷情况，依据哨兵1号卫星成像数据，运用二轨法与DEM干涉测量法相结合的方式，将开采前后的成像数据进行干涉处理生成干涉相位图，再利用外部DEM反演干涉模拟像对在空间几何条件下的地形相位，利用干涉相位减去地形相位得到形变相位；再经过后续的相位解缠、地理编码，得到地理坐标下开采沉陷引起的形变信息。
采用UAV-LiDAR监测地表沉陷情况，对同一监测区域进行不同时段的扫描，通过IE解算、点云融合及精度验证、点云滤波等步骤，快速获取两个时刻地表的数字地面模型DEM，用两期DEM相减，可得到监测区域的地表下沉值，同时根据动态求参原理，获得地表移动变形参数。
用测线法监测地表沉陷情况，通过分析定期获取的观测结果得到地表沉陷情况，在关键区域布设GNSS连续观测点，以确定该点高精度的平面坐标和高程。
3、将UAV-LiDAR沉陷区域与InSAR获得沉陷边界区域融合，得到高精度的完成的沉陷盆地，最后通过测线法中各个测点的精确下沉值与下沉盆地等值线进行对比分析，验证该方法可行性。
4、依据地表沉陷监测分析结果，结合土地利用现状、坡度、土壤等基本数据，构建土地适宜类—土地质量等二级评价体系，分别从林地、园地、耕地、草地四个复垦方向确定评价指标、评价等级及分类标准，进而得到土地复垦适宜性评价结果。
如图2所示，一实施例中矿区地表沉陷监测方法的空间布局图。a、b、c、d四点组成的矩形区域为深部工作面在地表的投影区域，将区域沿倾向延长1000m，沿走向延长1000m得到的矩形区域作为本方法的监测区域。依据切眼位置、测区煤层倾角、最大下沉角等信息，确定一条走向测线L1、两条倾向测线L2的位置；其中黑色圆形测点A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、N为关键区域测点，布设GNSS连续监测站，测点间距为25m；UAV-LiDAR技术与InSAR技术对监测区域进行全场监测，融合UAV-LiDAR沉陷区域与InSAR沉陷边界区域得到高精度的完整沉陷盆地；测线法监测对监测区域进行局部监测，可精准验证该方法可行性。
