滑坡全过程表面三维形变北斗雷达面场景数据仿真方法与流程

本发明涉及地质灾害防治领域，具体涉及滑坡全过程表面三维形变北斗雷达面场景数据仿真方法。

背景技术：

1、我国山区约占陆地面积的三分之二，山区地质地理条件复杂，且分布有近30万个滑坡，是世界上受滑坡灾害最为严重的地区之一。对滑坡变形演化过程进行有效监测，是及时进行预警预报、有效避免人员伤亡的重要手段。目前针对滑坡变形过程的监测多以剖面线布置gnss、裂缝计等点状监测设备，有限的点状监测设备难以捕捉整个滑坡体的变形状态，存在漏报误报率高的问题。

2、近几年，随着北斗导航卫星及雷达技术的快速发展，基于北斗导航卫星反射信号的三维毫米级地表形变监测技术及设备应运而生，并开始用于滑坡面场景三维形变监测，从而实现了滑坡演化过程中表面全域三维形变信息的获取。

3、现有的基于点状监测数据进行滑坡稳定性评价、预警预报的方法理论，不能充分发挥滑坡表面全域三维面场景形变信息的优势，急需尽快研究基于面场景三维形变数据进行滑坡边界识别、稳定性评价、预警预报的方法理论。然而，由于滑坡变形演化周期长、失稳随机性大等特点，在可预期的时间内，获得不同地质背景条件下各类滑坡变形-失稳-滑动全过程表面三维形变北斗雷达面场景监测数据非常困难，无法为基于面场景三维形变数据的滑坡边界识别、稳定性评价、预警预报模型等研究提供基础数据，严重制约了相关研究的开展和技术进步。

技术实现思路

1、本发明意在提供一种滑坡全过程表面三维形变北斗雷达面场景数据仿真方法，以解决难以获得不同地质背景条件下，滑坡全过程表面三维形变北斗雷达面场景监测数据的问题。

2、本方案中的滑坡全过程表面三维形变北斗雷达面场景数据仿真方法，包括：

3、步骤1，选择待仿真的滑坡隐患点，并收集滑坡隐患点的地质背景、地形地貌、岩层结构、岩土力学参数和地质地形资料；

4、步骤2，根据滑坡隐患点的地质地形资料，在三维建模软件中构建精细刻画滑坡表面微地形微地貌及岩层信息的三维数值分析模型，并将三维数值分析模型导入离散元数值模拟软件进行块体划分或颗粒充填；

5、步骤3，根据滑坡隐患点岩土力学参数在离散元数值模拟软件中对三维数值分析模型的细观力学参数进行标定，根据滑坡隐患点的表面微地貌在数值分析模型中的滑坡表面全域均衡设置表面形变监测点，基于待模拟工况条件对三维数值分析模型施加边界条件进行数值模拟计算，得到滑坡表面形变监测点的滑坡变形、失稳、滑动全过程的三维形变数据；

6、步骤4，将步骤3中滑坡表面全域均衡设置的表面形变监测点作为北斗雷达成像的ps点，并将表面形变监测点在滑坡变形、失稳、滑动全过程中的三维形变数据作为ps点形变信息的真值，得到ps点三维形变真值；

7、步骤5，基于步骤4得到的ps点形变真值，根据ps点所在坐标、高程的位置信息的北斗卫星分布、北斗雷达构型及北斗雷达形变测量精度，计算各个ps点在滑坡全过程演化过程中形变值的北斗雷达观测值；

8、步骤6，基于步骤5得到的ps点的北斗雷达观测值，根据滑坡隐患点地质背景、地形地貌条件，确定预设的插值方法，对滑坡表面全域进行面场景形变插值，得到滑坡演化全过程表面北斗雷达面场景三维形变仿真数据。

9、本方案的有益效果是：

10、基于滑坡三维离散元数值分析方法，为北斗面场景数据仿真提供滑坡全过程ps点三维形变数据真值，融合考虑北斗卫星分布情况、北斗雷达构型、北斗雷达形变测量精度，对滑坡演化全过程北斗面场景三维形变监测数据进行仿真，雷达精度根据实际需求进行设置，实现了不同类型滑坡、不同破坏模式、不同工况条件下滑坡演化全过程北斗面场景三维形变监测数据的快速获取。本方案提供的方法成本低、速度快、可定制，特别是快速获取不同类型滑坡、不同破坏模式、不同工况条件下滑坡演化全过程的面场景三维形变监测数据，为后续基于面场景三维形变数据的滑坡边界识别、稳定性评价、预警预报等研究提供丰富的基础数据。

11、进一步，所述步骤3中，所述滑坡表面形变监测点的滑坡变形、失稳、滑动全过程的三维形变数据包括：各个表面形变监测点在东西向、南北向、天向三个方向的形变值，和表面形变监测点的经度、纬度、高程。

12、有益效果是：提供形变监测点东西向、南北向、天向三个方向的形变值，能够保证后续雷达数据仿真时实现三维空间任意方向形变数据的仿真；提供形变监测点的经度、纬度、高程，能够根据位置信息精确获取滑坡隐患点各形变监测点北斗雷达分布信息，提高仿真结果的精准性。

13、进一步，所述步骤3中，所述滑坡变形、失稳、滑动全过程的仿真通过预设时间间隔的时间节点进行反映，所述预设时间间隔根据数据使用目的和滑坡演化阶段进行设置。

14、有益效果是：以预设时间间隔，能够仿真模拟出滑坡在实际中的全过程演化；所述预设时间间隔根据数据使用目的和滑坡演化阶段进行设置，能够实现兼顾计算效率的同时实现重点关注演化阶段区间数据的精细化。

15、进一步，所述步骤4中，所述ps点的数量和位置根据滑坡表面面积、地形复杂程度进行设置，所述ps点的数量最小值不少于100个点，所述ps点位置需要覆盖滑坡表面全域，地形条件复杂区域ps点密度应大于地形条件单一区域。

16、有益效果是：将ps点依据实际地面状况进行设置，在保证监测点能够覆盖监测区域的前提下，提高ps点数量和位置设置的合理性，从而保证仿真结果的准确性。

17、进一步，所述步骤5中，各个ps点在滑坡全过程演化过程中形变值的北斗雷达观测值的计算公式为：

18、

19、式中：dx、dy、dz分别为ps点形变值的北斗雷达观测值在东向、北向、天向的分量；dx0、dy0、dz0分别为步骤3得到的ps点形变真值在东向、北向、天向的分量；pdopx、pdopy、pdopz分别为ps点在东向、北向、天向的位置精度强弱度，根据北斗雷达构型及滑坡隐患点表面ps点所在位置对应的北斗卫星分布情况确定；σw为北斗雷达形变测量精度。

20、有益效果是：基于各个参数在东向、北向和天向的分量进行北斗雷达观测值的计算，能够考虑到北斗雷达在实际坐标系中数据参量，提高计算结果的精准性。

21、进一步，所述步骤6中，所述的根据滑坡隐患点地形地质条件，确定插值方法的过程为：当滑坡隐患点地形地质条件较为简单时，以一种插值方法对全域进行面场景形变数据插值，当滑坡隐患点地形地质条件较为复杂时，根据地形地质条件，分区域分别选取插值方法进行插值。

22、有益效果是：根据不同的地地形地质条件，以不同的插值方法进行插值操作，保证面场景三维形变仿真数据的准确性。

技术特征：

1.滑坡全过程表面三维形变北斗雷达面场景数据仿真方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的滑坡全过程表面三维形变北斗雷达面场景数据仿真方法，其特征在于：所述步骤3中，所述滑坡表面形变监测点的滑坡变形、失稳、滑动全过程的三维形变数据包括：各个表面形变监测点在东西向、南北向、天向三个方向的形变值，和表面形变监测点的经度、纬度、高程。

3.根据权利要求2所述的滑坡全过程表面三维形变北斗雷达面场景数据仿真方法，其特征在于：所述步骤3中，所述滑坡变形、失稳、滑动全过程的仿真通过预设时间间隔的时间节点进行反映，所述预设时间间隔根据数据使用目的和滑坡演化阶段进行设置。

4.根据权利要求3所述的滑坡全过程表面三维形变北斗雷达面场景数据仿真方法，其特征在于：所述步骤4中，所述ps点的数量和位置根据滑坡表面面积、地形复杂程度进行设置，所述ps点的数量最小值不少于100个点，所述ps点位置需要覆盖滑坡表面全域，地形条件复杂区域的ps点密度应大于地形条件单一区域。

5.根据权利要求4所述的滑坡全过程表面三维形变北斗雷达面场景数据仿真方法，其特征在于：所述步骤5中，各个ps点在滑坡全过程演化过程中形变值的北斗雷达观测值的计算公式为：

6.根据权利要求5所述的滑坡全过程表面三维形变北斗雷达面场景数据仿真方法，其特征在于：所述步骤6中，所述的根据滑坡隐患点地形地质条件，确定插值方法的过程为：当滑坡隐患点地形地质条件较为简单时，以一种插值方法对全域进行面场景形变数据插值，当滑坡隐患点地形地质条件较为复杂时，根据地形地质条件，分区域分别选取插值方法进行插值。

技术总结
本发明涉及地质灾害防治技术领域，具体涉及一种滑坡全过程表面三维形变北斗雷达面场景数据仿真方法，包括，选择待仿真的滑坡隐患点，并收集参数；构建滑坡隐患点的三维数值分析模型，向模型导入数据进行块体划分或颗粒充填；对模型的细观力学参数进行标定，在滑坡表面全域均衡设置表面形变监测点进行数值模拟计算，得到表面形变监测点的全过程的三维形变数据；将表面形变监测点作为PS点，将其变形的三维形变数据作为PS点形变信息真值；基于真值和北斗雷达信息计算各个PS点在滑坡全过程演化过程中形变值的北斗雷达观测值；基于PS点观测值，以插值法得到滑坡演化全过程表面北斗雷达面场景三维形变仿真数据。本发明的方法成本低、速度快、可定制。

技术研发人员：康燕飞,徐洪,李柏佚,陈立川,梁丹,杨勇,王骏,李辉
受保护的技术使用者：重庆地质矿产研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16