InSAR结合概率积分法的矿区外围形变监测

针对单轨InSAR仅能获取LOS向形变和概率积分法预计精度受参数影响较大的问题,探讨了InSAR技术最佳参考DEM的选用方法,根据走向线上点LOS向与真实形变矢量之间的夹角与倾角的函数关系,结合由概率积分法获得的倾角与InSAR获得的LOS向形变量计算得到走向线上点的形变矢量.结果 表明:①4类DEM基于DInSAR和...     

短重访SAR数据在矿区快速形变场的监测

针对矿区地表形变具有快速、连续、大梯度等特征,使其InSAR形变监测常出现低相干,甚至失相干等低效监测问题,该文采用21景重访周期仅为12 d的Sentinel-1A数据,利用小基线集时序InSAR技术(SBAS-InSAR),对山西省东坪煤矿2017年5月30日至2018年1月25日期间的地表形变进行了连续监测.结果表明:该监测区间快速沉陷区域有五处,沉陷总面积达3.146 km2,最大下沉值约为-57.47 mm,最大下沉速率约为-67.53 mm/a;形变场A处平均沉陷深度随时间推移呈线性增加;形变场E处工作面上方地表的沉陷响应较工作面边缘及以外更为剧烈.证明了短重访SAR数据能够准确反演地表沉陷速率和累积量,动态提取矿区快速形变场的空间分布形态和时序变化过程,为矿区地表形变动态监测和沉陷区地质灾害定量评估提供有效方法.     

融合InSAR技术的矿区大梯度形变研究

针对矿区开采沉陷沉降量级大、形变剧烈,传统InSAR技术监测过程易出现影像失相干,监测精度较低的问题,以山西省某矿区9103工作面为例,提出SBAS-InSAR和Offset-tracking技术联合监测的方法.采用SBAS-InSAR监测沉陷盆地边缘地区微小形变,采用Offset-tracking技术监测沉陷盆地中心区域大梯度形变,并将二者的形变信息进行融合,从而获得整个采掘工作面上方地表时空变化规律.研究表明,其监测结果与实测数据吻合度较好,满足开采沉陷监测的一般精度要求,融合SBAS-InSAR和Offset-tracking技术可以有效地解决传统InSAR技术只能监测微小形变的问题,为矿区开采沉陷大梯度形变监测以及环境治理提供新的理论思路.     

优化先验模型参数的矿区多轨InSAR三维形变监测

监测煤矿开采导致的地表三维形变对于矿区地质灾害防控和开采沉陷机理研究至关重要。针对单轨道InSAR和先验模型融合解算矿山三维形变存在精度不高、时间分辨率差的问题,本文提出了一种通过优化先验模型参数的矿区多轨InSAR三维形变解算方法。首先,利用Weibull模型同步4个轨道LOS向形变位移,以此削弱不同轨道之间时间异步对三维形变解算精度的影响,并采用加权最小二乘求解矿区垂直向和东西向形变;然后,根据垂直向和东西向形变优化矿区开采先验模型参数;最后,解算南北向形变位移。利用覆盖大同矿区的TerraSAR-X数据和3个轨道Sentinel-1 InSAR数据集对本文方法进行验证。研究结果表明,与地面GPS监测点相比,本文方法可以获得相对精确的三维形变结果,垂直向RMSE、东西向RMSE和南北向RMSE约为1.1、1.4和2.1 cm。     

基于InSAR技术和GS-SVR算法的矿区地表开采沉陷预计

我国西部黄土高原地区土质疏松,沟壑纵横,开采损害特征明显,准确预计开采引起的地表移动和变形趋势有助于为矿区灾害提供预警信息。文中以陕西彬长矿区某工作面为例,利用2007年7月—2008年1月的5幅SAR影像对矿区地面进行监测,将合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术得到的监测成果作为训练样本,与网格搜索算法(GS)优化支持向量机回归(SVR)参数算法结合,对矿区的形变点进行沉降预计。结果表明:InSAR技术获取矿区的沉降量可以满足矿区地表沉陷监测预计,结合GS-SVR预计模型可以实现矿区形变点的沉陷预计,预测精度符合工程的应用需求。     

注浆采区地表形变时空演化SMD-InSAR监测分析法

当前矿区合成孔径雷达差分干涉测量(D-InSAR)监测研究大多局限于以地表移动为对象,求取其他形变指标通常仍需野外测量。针对这一不足,构建出一种提取地表移动变形(surface movement and deformation,SMD)面域信息的模型——SMD模型。模型可求解的量有:①地表沿任意方向的倾斜、曲率,地表倾斜、曲率最大值与其所沿方向;②水平或近水平煤层开采下,矿区地表沿任意方向的水平移动、水平变形,地表水平移动、水平变形最大值和其所沿方向。SMD模型在垂直形变图的基础上,按照方向导数原理计算地表倾斜和曲率;地表水平移动和水平变形则根据开采沉陷先验规律计算。模拟试验显示,该模型可以较高精度获取地表移动变形值。淮北矿区某矿进行了充填开采,应用SMD模型结合时序InSAR分析该矿地表形变时空演化过程,以及充填开采的减沉减变效果,分析认为注浆活动可以有效控制地表形变。日平均注浆量、工作面推进距离与最大下沉速度之间的关系可以用多元线性回归模型来描述。SMD模型可用于分析区域地表形变综合情况,为范围评估开采沉陷对建构筑物的影响提供有力依据。     

D－InSAR技术在淮南矿区沉陷监测中的试验研究

综合矿区开采沉陷特点和D－InSAR基本原理指出,当前D－InSAR矿区沉陷监测的难点为：1）不易采用同一传感器数据监测整个地表移动周期内的矿区沉陷;2）在低潜水位矿区,地表移动活跃期内最大变形梯度往往超过雷达临界探测梯度导致去相干;3）在高潜水位矿区,变形梯度大、沉陷积水区雷达回波信号弱,导致干涉测量结果不理想。因此,为了改善D－InSAR在矿区的沉陷监测中的应用效果,针对上述问题提出了相应的解决方案。最后,通过选择淮南矿区形变期内的两景数据,进行二轨差分干涉处理,获得了研究区域煤炭开采形成的地表沉降场,并分析了不可靠形变信息产生的原因。     

基于SBAS InSAR的新疆哈密砂墩子煤田开采沉陷监测与反演

矿区地表沉陷监测能够为当地安全生产防护、开采规划和管理提供关键支撑信息。以新疆哈密砂墩子煤田矿区为研究对象,利用SBAS InSAR方法调查了其于2018年9月—2019年10月期间的地表沉陷特征。InSAR形变监测结果显示砂墩子矿主井西北侧存在一个沉陷漏斗,最大年均沉陷速率约为150 mm/a。时序形变结果显示沉陷漏斗在2018年9月—2019年6月间发生明显线性下沉,而之后逐渐趋于稳定。基于InSAR观测形变,采用Okada矩形位错模型反演得到砂墩子矿综采面采深约349.89 m,走向长约1 001.27 m,倾向宽约211.80 m;结合煤层视密度估算得到该矿在2018—2019年间开采量约3.18 Mt,与已有资料报道的该矿年产能基本一致。本研究为利用InSAR形变约束反演煤矿综采面参数,并结合煤层视密度构建综采面参数与开采量之间关系提供了一种可行思路。     

融合单视线D-InSAR和BK模型的煤矿地表三维变形动态监测方法

合成孔径雷达差分干涉测量（differential interferometric synthetic aperture radar, D-InSAR）在获取地表形变的过程中有其特有的监测手段,针对D-InSAR矿区地表三维变形监测的难点,首先,顾及D-InSAR难以获取快速大梯度变形的特性,选取边界拟合度较好的Boltzmann函数模型,结合Knothe时间函数,构建一种BK(Boltzmann-Knothe)模型;然后,由于D-InSAR仅能获取地表沿视线向（line of sight, LOS）的短时段一维变形量,依据地表三维移动变形和LOS向变形的投影关系,结合目标区域地质采矿条件,构建适应短时段单视线向变形的适应度函数;最后,引入烟花算法（fireworks algorithm, FWA）,提出了融合单视线D-InSAR和BK模型的煤矿地表三维变形动态监测方法。模拟实验表明,所提方法能够可靠准确地反演出全部开采沉陷动态预计参数,求参相对误差为0.11%～7.51%;在大变形区域,该方法监测的下沉和水平移动与真实值一致。抗差求参实验结果表明,在观测误差或模型参数误差的影响下,该...     

基于地形特征的采煤沉陷盆地构建与水平移动信息智能提取方法

在西部黄土高原复杂地形地貌下构建采煤沉陷盆地和提取水平位移的难度较大,传统地表沉降监测手段只能获取线状数据,效率低,而重复轨道合成孔径雷达干涉测量技术在大梯度形变区域易出现失相干现象,难以达到矿区地表沉降监测精度要求。提出了一种基于无人机载激光雷达点云数据构建沉陷盆地和提取水平位移的方法。结合多地形因子构建深度神经网络（deep neural network,DNN）模型,提取沉陷盆地构建过程中受地形影响较小的特征稳定区,利用较优插值算法对稳定区进行拟合,得到完整沉陷盆地。为了提取采煤地表水平移动信息,将二进制形状上下文特征描述算子与多地形因子融合起来,以改进特征匹配算法。基于此设计地表水平移动提取方案,提取主断面水平移动信息,同时对水平移动提取误差与点云密度、地形因子进行定量分析。榆神矿区结果表明,利用结合地形因子的DNN模型能有效提取特征稳定区,在复杂地貌下减小了沉陷建模误差,为构建采煤沉陷盆地提供了一种新方法;利用融合地形特征的改进特征匹配算法提取的水平移动曲线符合采煤沉陷水平移动基本规律,与水平移动偏差相关性较强的地形因子可用于衡量改进特征匹配算法对水平移动提取误差的大小。     

矿山开采沉陷专题信息表达新模式

针对矿山开采沉陷所引发的地表形变信息表达和准确制图问题,该文结合遥感影像与地形图等数据,基于矿区开采沉陷变形预计结果和三维可视化方法,对矿山开采沉陷专题信息表达及其GIS制图新模式进行了探究。实现了矿区地表下沉、水平移动、水平变形、倾斜和曲率的形变信息应用分析与可视化,以及下沉盆地水淹范围模拟图、三维地表变形影像图、特定区域变形分析图、采动损坏等级分布图等制图功能。     

矿区地表大量级沉陷形变短基线集InSAR监测分析

针对矿区地表大量级形变导致的InSAR影像配准精度低、可监测性差、探测量级小、地表沉陷前后完整形变信息难以获取等问题,研究了相应的偏移量追踪法、FFT过采样法、滤波技术与基线精化等数据处理方法,并利用短基线集(small baseline subset,SBAS)技术,使距离向配准精度、最大累积探测量级得到明显提高,矿区地表形变可监测性有了很大改善。研究结果表明,该方法不仅获得了2008—2011年间研究区开采进程中地表大量级沉陷的完整形变时间序列,而且其监测结果与外业实测数据以及采矿进程资料具有良好的一致性;通过对矿区地表形变剖线的统计分析,得到了开采工作面地表形变的时空演变规律。     

PALSAR数据在矿区地表沉陷探测中的应用

地下开采导致的地表形变失相干是InSAR技术在矿区开采沉陷监测中面临的主要问题。本文分析了In-SAR技术用于矿区开采形变监测的适用性和最大可探测形变梯度问题,并以陕西彬县彬长矿区为研究对象,采用PALSAR数据进行矿区开采沉陷探测实验研究,研究结果表明:PALSAR数据因其波长较长的特点,具有相对较大的监测梯度,在一定程度上能够克服矿区形变量超出最大监测梯度所造成的失相干现象。     

InSAR形变监测在开采沉陷损害鉴定及稳定性评价中的应用

本文通过列举3个工程案例说明InSAR技术在开采沉陷中的应用,首先将InSAR技术与三等水准测量进行对比,明确了InSAR技术在矿区形变监测领域的精度和可靠性;然后针对淮南某关停矿井,应用SBAS-InSAR技术获取了研究区的时序形变信息,并对照采空区稳定性评价指标,得出了该矿区地表已稳定的结论;最后以某村庄部分房屋建筑出现不同程度的损伤为研究背景,在常规方法获取开采影响范围的基础上,进一步利用SBAS技术和8景Sentinel-1A数据,明确了村庄地表已处于稳定状态。结果表明,InSAR形变监测技术能够为开采沉陷损害溯源及沉陷稳定性判定提供有力的科学依据。     

基于高差分析的点云数据提取矿区地表沉陷信息方法

机载LiDAR技术能够快速获取整个矿区地表空间位置及垂直相对位置的动态变化量,观测结果更为全面、直观,从而可以获得整个矿区地表开采沉陷分布与移动下沉情况.从点云数据滤波入手,对获取的鹤壁矿区两期点云数据提取的DEM作差值计算,得出该段时期内地表的垂直位移量,然后通过设置高差阈值和面积阈值,并采用基于高差分析的方法,提取地表沉陷信息.试验结果表明,该方法提取的沉陷面积精度能达到94.75％,可在中小尺度上对矿区开采沉陷进行监测.     

基于SBAS-InSAR的长治矿区地表形变监测

小基线集InSAR(SBAS-InSAR)时序分析方法能够较好地克服InSAR时空失相干限制,抑制地形和大气影响,增加时间采样率,在监测地表形变随时间演化方面取得了较好的应用。为了有效监测山西省长治矿区地表形变,利用DInSAR方法监测开采矿区的快速大形变,得到形变区30 d的最大沉降量为11 cm;利用SBAS方法监测矿区边缘微小缓慢形变,得到2003年7月—2010年7月期间区内地面沉降的空间展布及时间序列相对形变量。对于矿区周围相干性保持较好的居民区,SBAS方法监测结果表明其整体形变表现为沉降趋势,沉降面积较大,沉降速率为5~15 mm/a,最大累计沉降为90 mm。矿区因开采时间、开采方式、采储量以及地形等因素的不同而呈现出不同的沉降结果。     

改进的残差修正DGM(1,1)模型在煤矿地表沉降预测中的应用

针对传统大地测量技术难以实施大范围矿区形变监测以及传统开采沉陷预测方法在实际应用中存在的不足，提出时序合成孔径雷达干涉测量(InSAR)和改进的离散灰色马尔科夫模型相结合的方法对矿区地表形变进行监测和预测。使用鄂尔多斯市某矿区哨兵1号(Sentinel-1)数据提取地表形变监测结果，并与同时期的全球定位系统(GPS)监测数据进行对比。将沉陷监测结果作为原始序列建立残差修正的离散灰色马尔科夫模型，预测矿区沉降。研究结果表明：研究区域地表形变明显，残差修正的离散灰色马尔科夫模型能较为准确地预测矿区沉降结果。     

基于Logistic模型的单点下沉预测应用研究

岩层与地表移动具有一定的规律,由于Knothe时间函数虽然可以预计地表下沉,但在预计中有描述地表下沉速度的不足,并且其函数复杂。研究矿区单点动态下沉过程对于地表建筑物的保护具有重要意义,本文采用Logistic模型拟合下沉曲线,得到了预计方程,结果表明预计精度较高。Logistic模型参数少,函数相对简单,计算结果表明Logistic模型对矿区开采沉陷具有较好的预测精度。该模型对单点的下沉拟合程度高,在采用81期数据的预计模型中,误差平方和SSE为0.0066218,误差均方MSE为0.0000871,接近于0,表明拟合与预计精度较高,最大预计误差为0.0120673 m,对于研究矿区地表下沉规律具有重要意义,有助于了解地表单点下沉全过程,在地表活动剧烈期可对地表建筑加强支护。     

基于SBAS-InSAR的榆神矿区地表动态沉陷特征研究

以榆神矿区开采沉陷监测为研究对象,利用小基线集(SBAS-InSAR)技术和奇异值分解算法获取金鸡滩106工作面推进过程中地表时序LOS形变量,并对LOS形变量进行分解,提取出地表实际沉降量.从空间上揭示地表变形随时间和工作面推进的动态趋势和变形范围,并应用到矿区大范围时序变形的遥感监测,为利用地表变形信息反演地下工作面开采情况及地表移动参数提供了有效的技术途径,具有较好的参考价值.     

矿区地表移动预计系统设计与实现

选择概率积分法预计模型,采用VB语言编制程序,实现了对采动矿区地表移动主断面上及移动盆地内任意点倾斜、曲率、水平移动与水平变形的计算和预计;并基于Auto CAD平台,完成了主断面的下沉曲线、倾斜曲线、曲率曲线等图形的自动绘制,提高了工作效率,具有一定的实用价值。