[发明专利]一种无人机DEM与InSAR相位融合获得高精度地表沉陷盆地的方法

说明书

本发明公开了一种无人机DEM与InSAR相位融合获取高精度地表沉陷盆地的方法，属于地表沉陷提取与地质灾害监测领域。使用融合无人机获取的DSM(DEM)数据和InSAR数据的变形监测方法，结合无人机DSM(DEM)数据获取的大形变和InSAR数据高精度的特点，实现了快速、准确、全面地获取矿区的形变信息的目的。按以下步骤进行：S1、数据获取；S2、数据转换；S3、相位融合；S4、数据解算；最终得到完整、准确的矿区沉陷盆地变形。利用无人机获得矿区沉陷盆地信息修正影像处理过程中相位的“整周数”，可以提高D‑InSAR技术监测矿区沉陷量级。

技术领域

本发明涉及一种无人机DEM与InSAR相位融合获取高精度地表沉陷盆地的方法，属于地表沉陷提取与地质灾害监测领域。

背景技术

煤炭开采在满足国家能源需求的同时也导致严重的矿区地质环境损害问题，比如矿区地表沉陷、地裂缝等地质灾害。煤炭开采引起岩层及地表沉陷是产生矿山地质环境损害的根源。尤其是我国西部以大规模、高强度快速开采为主，开采引起的地表移动损害也呈现出变形速度快、损害程度深、波及范围广的特点。在这种形式下，如何快速、准确、全面地监测西部高强度开采引起的地表沉陷与环境损害是解决问题的关键。

常规地表移动变形监测方法，按照布站形式，可分为剖面线状观测站和网状观测站。前者使用较广，它是在工作面走向/倾向主断面上布“点”成“线”组成观测站；后者是多布设一些测点组成网格状的观测站，由于受地形、地物条件限制(如占用更多土地)，后者使用较少。两种观测站获取的均为有限的“点状”数据。常规观测站主要采用包括三角测量、导线测量(经纬仪、全站仪)、水准测量(水准仪)以及GPS等常规测量方法；常规观测站精度高、是目前获取矿区地表形变最常用、最有效的手段，在矿山开采沉陷研究及实际工程中发挥了重要的作用。随着研究的发展，出现一些不足：1)尺度小，一般以单工作面为监测对象，测量方法也决定了不便大范围(大尺度)的作业；2)仅以地表移动变形值为监测内容，无法获得矿区生态环境损害信息(比如植被光谱、水体等)；3)成本高、周期长(时效性差)、工作量大、需要埋设测点且难以长期保存等缺点；4)只“点状”观测，数据及信息量少，不能完整反映沉陷盆地特征。这也导致了其已无法适应新形势下西部高强度规模开采地表损害监测任务。

无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)摄影测量和InSAR是当前应用较广泛的测绘新技术。UAV摄影测量是以无人机为平台，集成高分辨率(多/高光谱)低空光学传感器、GPS和IMU等技术，可同时获取地表沉陷变形和地物环境信息，适应于多尺度的监测任务，具有机动灵活、高效精准、作业成本低(突出的时效性和性价比)等优势；InSAR技术通过干涉相位信息获取地表形变，其原理是通过计算同一区域两次或多次过境的SAR影像相位差来获取DEM或分离地表形变信息，精度可达厘米至毫米级。

UAV与InSAR技术在矿山开采变形监测应用中也各有不足，单独采用其中一种技术目前均无法完整地监测整个地表沉陷盆地信息。UAV的平台较轻、摄影姿态不稳定、影像畸变大，导致其高程精度相对较低，实测表明高程精度为厘米～分米级；UAV监测矿区大变形具有优势(如沉陷盆地中心大变形区域)，却无法精确监测沉陷盆地边界区域。InSAR的优势在于可精确监测沉陷盆地边界区域变形，但易受时空失相干的影响，导致其无法可靠地获取沉陷盆地中心大变形。因此，UAV摄影测量和InSAR优势互补，通过二者融合可获得完整的地表沉陷盆地数据，为解决矿山大规模、高强度开采诱发的地质环境损害监测问题提供了新的技术途径。

因此，具体如何将UAV和InSAR进行结合，快速、准确、全面地监测西部高强度开采引起的地表沉陷与环境损害，即成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明针对以上问题，提出了一种无人机DEM与InSAR相位融合获得高精度地表沉陷盆地的方法，使用融合无人机获取的DSM(DEM)数据和InSAR数据的变形监测方法，结合无人机DSM(DEM)数据获取的大形变和InSAR数据高精度的特点，实现了快速、准确、全面地获取矿区的形变信息的目的。