本发明涉及采煤沉陷区地质环境调查与评价技术领域，尤其是一种采煤沉陷区基础数据信息化分析展示方法。
背景技术
煤炭开采严重破坏土地资源和生态环境，制约城市规划建设和土地利用转型发展，给矿区群众生产生活以及社会发展带来了极为不利的影响，对城市的生态环境、经济和建设等带来一系列棘手的问题。现有的采煤沉陷区基础数据来源较广范，但这些数据来源不同，表达的方式不同，数据分散、格式不统一，标准化与一致性改造难度大，数据格式转换存在信息丢失的隐患，而且单一数据源具有很大的片面性，不同来源的数据难以相互衔接，数据源的二次开发、多功能展示较为欠缺，无法顺利实现采煤沉陷区基础数据的科学化、信息化。
技术实现要素：
为了解决现有技术的不足，本发明提出了一种采煤沉陷区基础数据信息化分析展示方法。
本发明采用如下技术方案：
一种采煤沉陷区基础数据信息化分析展示方法，所述方法包括如下步骤：
(1)采煤沉陷区不同基础数据的获取及标准化：
不同基础数据包括insar数据提取及dem数据更新、卫星影像数据中提取积水区范围、人工测量数据的获取、采煤塌陷地治理项目数据的提取、矿山生产采掘相关数据的获取及分析、土地利用现状数据获取及分析；
(2)不同数据源之间的叠合分析及二次开发：
包括采煤沉陷区形变数据与矿山生产采掘工程数据的叠合分析；采煤沉陷区形变数据、沉陷积水数据与治理项目数据的叠合分析；采煤沉陷区形变数据、沉陷积水数据与土地利用现状的叠合分析；采煤沉陷区形变数据、沉陷积水数据的叠合分析；
(3)空间数据的提取与分析：
步骤(1)、(2)中各类原始数据、叠加数据及二次开发数据通过处理，使其具有统一的属性结构，能在让数据库任意的调用，并可以进行简单的运算，以实现直观的人机交互；
(4)采煤沉陷区基础数据的科学信息化：
通过将步骤(1)、(2)、(3)数据集中在一个平台之上实现了数据基准统一的显示。
所述步骤(1)中，不同基础数据包括insar数据提取及dem数据更新：insar数据源经过改善、配准及相干性分析后以两轨差分为基础，采用多基线干涉相位累积叠加方法并与已知的dem地形数据进行叠加后消除地形相位，可求取对应观测时段内的累积形变量，通过累积变形量与原始dem的叠加，又可获得最新的dem现状，dem数据具有坐标及高程信息等属性结构，可直接用于数据库；
卫星影像数据中提取积水区范围：选用采煤沉陷区丰水期多年序列卫星遥感影像，将影像坐标系统校正为与现状dem数据一致，通过gis软件提取不同时期积水范围线，将积水范围矢量化、赋予属性结构信息可用于空间数据库调用以此分析积水区范围变化原因及规律；
人工测量数据的获取：弥补失空点，针对小范围积水区域使用gps结合测绳使用皮筏艇进行人工测量，大范围水域使用水深测量仪进行测量，测量数据自带属性信息，可直接用于空间数据库，用于积水区累积变形量的修正及dem数据的更新；
采煤塌陷地治理项目数据的提取：将区内所有采煤塌陷地治理项目相关数据进行整理汇总分析，数据内容包括：治理区范围、治理前地形图、治理后竣工图、治理投资额、参建单位、恢复土地类型及面积等，将汇总后的数据矢量化并赋予属性结构使数据库方便调用；
矿山生产采掘相关数据的获取及分析：矿山生产采掘相关数据包括：矿区范围、煤炭资源实际采出量、沉陷区实际观测地表岩移参数、采掘工程平面图等，将矿山矿区范围、采空区范围逐一提取，与现状累积变形数据进行叠合，将此二种数据相互校正，查缺补漏，保证沉陷区数据覆盖全面，并消除其他地面变形因素影响。此类数据一般均经过矢量化且具有属性信息，可直接用于数据库；
土地利用现状数据获取及分析：土地利用现状图反映所示区域土地利用类型，将上述不同范围边界线与土地利用现状图进行叠合提取，即可获取该范围内土地利用现状的统计数据，土地利用现状图属性结构信息齐全，可以直接调用其各种信息。
所述步骤(1)中，所述insar数据影响分析，首先进行d-insar差分干涉测量分析，选定空间基线和干涉对，进行干涉、地形相位差分、滤波、解缠处理；
然后利用插值累积叠加结果提取一定塌陷范围线；
之后，利用多基线干涉相位累积叠加方法得到采煤沉陷区总体形变信息的同时，得到时序变化特征；
最后，卫星影像数据中提取积水区范围后利用多时相sar强度变化检测方法，进行积水区识别。
所述步骤(2)中，基于msps塌陷预测分析软件对不同数据源之间的叠合分析及二次开发：
采煤沉陷区形变数据与矿山生产采掘工程数据的叠合分析：保证采煤沉陷数据的全覆盖性、验证变形数据的准确性、排除干扰因素带来的影响，并用于总结分析不同类型采掘工程、不同煤层开采条件采煤沉陷的产生演变规律；实现不同行政区域、不同矿山企业采煤沉陷现状的分析汇总；划分历史遗留塌陷地范围；提高矿山企业采煤万吨沉陷率的准确性；反推矿山采煤沉陷参数的合理性；
采煤沉陷区形变数据、沉陷积水数据与治理项目数据的叠合分析：展现治理项目与沉陷区的相对位置关系；总结不同沉陷类型和积水状况沉陷区的治理模式规律；实现塌陷地治理进度的管理和治理效果的汇总演示；亦可为治理项目的部署指导方向；
采煤沉陷区形变数据、沉陷积水数据与土地利用现状的叠合分析：分行政区域、分矿山企业反映沉陷变形区破坏土地类型、面积权属特征情况，尤其是采煤沉陷区内耕地的变形破坏及积水状况，并以此评价采煤沉陷对农业生产、城镇交通、水利设施的破坏影响，细化采煤沉陷造成的经济损失情况；
采煤沉陷区形变数据、沉陷积水数据的叠合分析：开展降雨量统计、淹没分析、汇水分析可系统的总结分析采煤沉陷区的积水规律，推算预计淹没可能性，并为采煤沉陷区治理项目指导方向。
所述步骤(4)中，采煤沉陷区基础数据的科学信息化包括：
采煤沉陷区分布的信息化展示：在影像图或其他地理图源上以闭合线的形式展现矿区范围及采煤沉陷区分布范围，并可按行政区或矿山企业统计沉陷面积，形成直观图表；
采煤沉陷程度及影响的信息化展示：在影像图或其他地理图源上以闭合线的形式展现不同级别沉陷深度区分布范围及沉陷积水区范围，并可按行政区或矿山企业统计不同沉陷级别、积水程度的分布面积及占损土地面积情况，形成直观图表；
采煤塌陷地治理项目的信息化展示：在影像图或其他地理图源上以闭合线的形式展现采煤沉陷区治理项目的分布情况，并以表单的形式展示单个工程参建单位、投资额、工程进度、治理效果等基础信息，实现按行政区或矿山企业统计治理项目恢复土地类型、经济环境效益。
采用如上技术方案取得的有益技术效果为：
1.数据基准统一，改变了以前各部门、各行业数据格式不统一、片面性的现状实现了基础数据的全覆盖。将各部门数据集中在一个平台之上，本身就是一种格式统一的表现。
2.数据利用效率的提升。矿产、土地、房产、规划、城市交通、水利等政府等多个部门在开展工作或指定决策时，都需要借鉴其他相关部门的数据，本专利的实现将各种数据进行融合及二次开发，多层、分层显示的功能很好的解决数据互相借鉴的的需求，大大提高了数据的利用效率。
3.采用地理信息、管理信息、gis辅助相结合的一张图管理，将采煤沉陷地基本信息进行大融合及后台处理，使单调的数字转化为图、表，并通过与网络服务相结合实现了面向用户的科学化信息化展示。
附图说明
图1为采煤沉陷区基础数据信息化分析展示过程示意图。
图2为采煤沉陷区面积分布柱状图。
图3为采煤沉陷区塌陷类型汇总表。
图4为采煤沉陷区沉陷变形趋势图。
图5为采煤沉陷区矿区等值线分布图。
图6为实例中a1时序变化折线图。
图7为观测值与insar值变化趋势图。
具体实施方式
结合附图1至7对本发明的具体实施方式作进一步说明：
一种采煤沉陷区基础数据信息化分析展示方法，所述方法包括如下步骤：
(1)采煤塌陷区不同基础数据的获取及标准化：
不同基础数据包括insar数据提取及dem数据更新：insar数据源(采用干涉测量技术的合成孔径雷达或的数据)经过改善、配准及相干性分析后以两轨差分为基础，采用多基线干涉相位累积叠加方法并与已知的dem地形数据(数字高程模型，通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字化模拟。)进行叠加后消除地形相位，可求取对应观测时段内的累积形变量，通过累积变形量与原始dem的叠加，又可获得最新的dem现状数据，dem数据具有坐标及高程信息属性结构，直接用于数据库。
卫星影像数据中提取积水区范围：选用采煤沉陷区丰水期多年序列卫星遥感影像，将影像坐标系统校正为与现状dem数据一致，通过gis软件提取不同时期积水范围线，将积水范围矢量化、赋予属性结构信息用于空间数据库调用以此分析积水区范围变化原因及规律。
人工测量数据的获取：弥补失空点，针对小范围积水区域使用gps结合测绳使用皮筏艇进行人工测量，大范围水域使用水深测量仪进行测量，测量数据自带属性信息，直接用于空间数据库，用于积水区累积变形量的修正及dem数据的更新。
采煤塌陷地治理项目数据的提取：将区内所有采煤塌陷地治理项目相关数据进行整理汇总分析，数据内容包括：治理区范围、治理前地形图、治理后竣工图、治理投资额、参建单位、恢复土地类型及面积等，将汇总后的数据矢量化并赋予属性结构使数据库识别并调用。
矿山生产采掘相关数据的获取及分析：矿山生产采掘相关数据包括：矿区范围、煤炭资源实际采出量、采空区数据、沉陷区实际观测地表岩移参数、采掘工程平面图等，将矿山矿区范围、采空区范围逐一提取，与现状累积变形数据进行叠合，将矿山生产采掘相关数据、现状累积变形数据二种数据相互校正，查缺补漏，保证沉陷区数据覆盖全面，并消除其他地面变形因素影响。此类数据一般均经过矢量化且具有属性信息，可直接用于数据库。
土地利用现状数据获取及分析：土地利用现状图反映所示区域土地利用类型，将上述不同范围边界线与土地利用现状图进行叠合提取，获取该范围内土地利用现状的统计数据，土地利用现状图属性结构信息齐全，可以直接调用其各种信息。
(2)不同数据源之间的叠合分析及二次开发：
采煤沉陷区形变数据与矿山生产采掘工程数据的叠合分析：保证采煤沉陷数据的全覆盖性、验证变形数据的准确性、排除干扰因素带来的影响，并用于总结分析不同类型采掘工程、不同煤层开采条件采煤沉陷的产生演变规律；实现不同行政区域、不同矿山企业采煤沉陷现状的分析汇总；划分历史遗留塌陷地范围；提高矿山企业采煤万吨沉陷率的准确性；反推矿山采煤沉陷参数的合理性。
采煤沉陷区形变数据、沉陷积水数据与治理项目数据的叠合分析：展现治理项目与沉陷区的相对位置关系；总结不同沉陷类型和积水状况沉陷区的治理模式规律；实现塌陷地治理进度的管理和治理效果的汇总演示；为治理工程的部署指导方向。
采煤沉陷区形变数据、沉陷积水数据与土地利用现状的叠合分析：分行政区域、分矿山企业反映沉陷变形区破坏土地类型、面积权属特征情况，尤其是采煤沉陷区内耕地的变形破坏及积水状况，并以此评价采煤沉陷对农业生产、城镇交通、水利设施的破坏影响，细化采煤沉陷造成的经济损失情况；
采煤沉陷区形变数据、沉陷积水数据的叠合分析：开展降雨量统计、淹没分析、汇水分析，可系统的总结分析采煤沉陷区的积水规律，推算预计淹没可能性，并为采煤沉陷区治理工程指导方向。
(3)空间数据的提取与分析：
步骤(1)、(2)中各类原始数据、叠加数据及二次开发数据通过处理，使其具有统一的属性结构，能在让数据库任意的调用，并可以进行简单的运算，以实现直观的人机交互。
例如：在采煤沉陷现状图上某处沉陷区面积为10000m2，该区域属性包括所属矿山等；在采煤沉陷程度图上该处沉陷区沉陷1m以上的面积为3000m2，沉陷区沉陷小于1m的面积为7000m2，属性包括沉陷等级、地面变形程度等；在土地利用现状图上该处沉陷区包括耕地4处2000m2，林地2处8000m2，每个地块属性信息包括土地类型、面积、土地归属等等；通过空间数据库的提取、分析及加减运算，即可获知该处区域沉陷1m以上的耕地面积、林地面积、所属行政区域等信息，同样也可以获取该区内耕地的损毁程度、林地的损毁程度等。
(4)采煤沉陷区基础数据的科学信息化：
通过将步骤(1)、(2)、(3)数据集中在一个平台之上实现了数据基准统一的显示。
采煤沉陷区分布的信息化展示：在影像图或其他地理图源上以闭合线的形式展现矿区范围及采煤沉陷区分布范围，并可按行政区或矿山企业统计沉陷面积，形成直观图表。
采煤沉陷程度及影响的信息化展示：在影像图或其他地理图源上以闭合线的形式展现不同级别沉陷深度区分布范围及沉陷积水区范围，并可按行政区或矿山企业统计不同沉陷级别、积水程度的分布面积及占损土地面积情况，形成直观图表。
采煤塌陷地治理项目的信息化展示：在影像图或其他地理图源上以闭合线的形式展现采煤沉陷区治理项目的分布情况，并以表单的形式展示单个工程参建单位、投资额、工程进度、治理效果的基础信息，实现按行政区或矿山企业统计治理项目恢复土地类型、经济环境效益。
insar数据影响分析，首先进行d-insar差分干涉测量分析，选定空间基线和干涉对，进行干涉、地形相位差分、滤波、解缠处理；然后利用插值累积叠加结果提取一定塌陷范围线；之后，利用多基线干涉相位累积叠加方法得到采煤沉陷区总体形变信息的同时，得到时序变化特征；最后，卫星影像数据中提取积水区范围后利用多时相sar强度变化检测方法，进行积水区识别。
选定鲁西南某一地区，首先进行d-insar差分干涉测量分析，对满足时间基线小于200天，选定空间基线小于300米的34个干涉对，进行干涉、地形相位差分、滤波、解缠处理，具体采用两轨差分处理方法。
利用插值累积叠加结果提取一定塌陷范围线，选取塌陷5cm范围线提取，看所提取的范围线形状。
从塌陷5cm范围线选取沉陷明显的区域，利用多基线干涉相位累积叠加方法得到采煤沉陷区总体形变信息的同时，得到时序变化特征。
采用多基线累积叠加结果作为本次矿区insar监测结果用于后续5cm范围线提取。根据多基线累积叠加方法相关分析，利用未插值累积叠加结果用于提取超过insar形变监测能力的“空值区”提取，空值区包含在5cm范围线内；利用插值累积叠加结果用于提取塌陷5cm范围线。
对累积叠加形变结果，按形变量级自动提取的5cm塌陷分界线，可以看出在矿区范围内监测到多个采空区的塌陷活动，采空区塌陷在空间上表现为漏斗形状，与矿区开采引起的地表塌陷空间特征符合的较好。
多基线累积叠加在得到矿区总体形变信息的同时，也可很好地反映矿区形变发生过程。从累积形变结果选出的多个沉降明显的区域，并选取多个特征点，分别进行多个区域沉降的时序变化特征分析，时间段以2013年4月至2015年10月为例。
以某一点a1为例，分析其时序变化过程，点a1沉降特征明显，并且沉降中心较为连续。进一步分析其形变发生过程，2013年4月-6月间矿区形变较为稳定，2013年6月-9月出现形变加剧的趋势；2013年9月-2014年6月间形变较为平稳，2014年6月-9月间形变进一步加剧；2014年9月-2015年5月间形变平稳，2015年5月-10月，形变趋势进一步加剧；因此，该区域内在2013年4月-2015年10月间，形变均发生在每年的5、6月-9、10月间，呈现为非线性逐步增大的过程，如图6所示。
卫星影像数据中提取积水区范围后利用多时相sar强度变化检测方法，进行积水区识别。在sar影像上，水体一般呈现黑色或者暗色，可以根据这一特征对积水区进行识别，利用多时相sar强度变化检测方法对多景影像进行多视、精确配准、多时相滤波、地理编码与辐射矫正等处理。根据积水区时序强度图，观察判定积水区在某一时间段内范围变化。
数据集中在一个平台之上实现了数据基准统一的显示，如图2-5所示，形成采矿塌陷地动态监测管理系统集中显示。
insar监测结果的准确度，通过某一矿区中成千工作面中随机选取的60个监测点为例，分别将实测点和insar监测结果比对，监测时间为20141005、20141122、20141207、20141221、20150110、20150131、20150214、20150322、20150523和20150627。与之对应的sar数据获取时间20140921、20141202、20150212、20150401、20150519、20150730。
进行精度验证时，应尽量保证两者的日期一致，或者相差时间不大。因此选择20141005-20141207和20140921-20141202、20141005-20150214和20140921-20150212以及20141005-20150523和20140921-20150519三个时间段的数据分别进行精度验证。
如图7所示，从图中可以看出观测值与insar值变化趋势较为一致，实际观测值与insar值的误差平均值为0.013m，符合误差要求。
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的指导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。