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.     

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。     

基于短基线集技术的矿区开采沉陷监测研究

随着矿产资源的开采规模、范围不断增加,监测矿区开采沉陷显得越来越重要。作为差分干涉测量技术(D-InSAR)的重要分支,短基线技术(Small Baseline Subset,SBAS)理论上能有效地监测城市沉降,但未应用于监测矿区的开采沉陷。它是将多幅SAR影像组合成若干个基线距较短的干涉对并利用奇异值分解(SVD)方法获取形变。本文利用12幅ERS-1/2 SAR影像(1995.4-1998.8)组成20组干涉对,采用短基线技术对江苏某矿区的开采沉陷进行监测。实验表明,短基线技术能较为有效地监测矿区的开采沉陷,但在现阶段尚不能应用于生产工作中。根据本次实验结果,总结出限制短基线技术应用于监测矿区开采沉陷的两大因素。     

时间相邻-四轨法的D-InSAR矿区沉陷监测研究

针对由矿区煤炭开采引起的地表沉陷通常具有较大的形变梯度,而地表形变梯度超过干涉相位的临界梯度在干涉时会产生失相干,从而不能很好地解算出地表形变值的问题。该文尝试采用基于"时间相邻-四轨法"的D-InSAR技术方案对山西大同矿区某矿进行分阶段监测,即将矿区沉陷大形变基于时间分解为数幅小形变,通过降低地表沉降形变量来提高影像干涉效果,同时可以将时间基线过长导致的失相干最小化。为了更有效地验证监测方案的可行性,该文结合矿区观测站水准测量成果与观测站实际布设情况对监测数据采用高斯矩阵进行加权平均,将观测站单点形变量转化为所处像元对应地表区域的近似平均形变量,减小了个别观测站不能代表周围地表区域整体形变趋势的误差。通过对观测站加权后的形变数据与D-InSAR处理结果对比分析,证明此方案在矿区地表沉陷监测是可行的。     

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。     

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.     

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。     

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。     

联合SAR影像相位和强度信息的矿区形变监测关键技术研究EI北大核心CSCD

SAR技术已在矿区形变监测方面得到了广泛的应用。InSAR技术在矿区小变形监测方面具有较高的精度,但无法获取矿区大量级形变。子带干涉技术能降低解缠难度进而提高测量精度。偏移量追踪方法可用于提取矿区大形变,但其监测精度相对较低。如何融合各方法的优势,获取矿区高精度大梯度形变信息是目前面临的科学问题。为此,论文重点研究了子带干涉技术在矿区形变监测中的适宜性、偏移量追踪方法在矿区形变监测中互相关窗口的选取方法及InSAR技术、子带干涉技术、偏移量追踪方法和概率积分模型融合的方法,通过与实测对比证明了方法的可靠性。主要工作及成果如下。     

基于SBAS技术的金属矿山沉陷规律研究

D-InSAR技术已经发展成为一种重要的地表监测手段,在矿山监测方面已经有较多成功的案例。但是矿山地表沉陷是一个长周期的形变序列,D-InSAR技术由于失相关等因素影响无法获得长周期的时序形变,小基线技术削弱了失相关的影响,可以获得时序的地表形变。文中利用小基线技术分析金属矿山沉陷规律,以某大型锑金属矿山为研究背景,用过14期形变序列探索一定地质采矿条件下的金属矿山的开采沉陷规律。结果表明,金属矿山受重力作用较大,部分区域地表形变受复杂地质构造控制。     

SBAS-InSAR方法支持下的矿区地表沉降监测及参数反演

煤矿开采极易诱发各类地质灾害,从而对矿区人民的生命财产安全带来严重影响。因此,对矿区地表进行形变监测及对其开采面参数进行反演获得形变规律,可有效防止矿区地质灾害的发生。本文选取山西省的店坪煤矿和汾源煤业作为研究区域,基于Sentinel-1A卫星影像数据,使用小基线集（SBAS）方法提取研究区的形变结果。使用Okada模型对5-101工作面参数进行反演和分析,并将反演结果与采工图实测数据进行对比验证。结果表明：①煤矿开采引起的地表形变程度与煤矿开采长度成正比;②急倾斜厚煤层开采引发的地表形变程度要比近水平薄煤层引起的地表形变程度大,更容易造成地表塌陷;③Okada模型反演较短近水平薄煤层的开采参数精度较高,说明该模型适用于此类型煤矿开采参数的反演。     

时序SAR幅相联合加权融合方法监测矿区形变

针对煤炭资源的井下高强度开采引起的地表形变问题,开展矿区地表形变的精细监测对于指导矿区生产建设和生态修复具有重要意义.提出一种基于时间序列SAR影像差分干涉信息相位叠加和首末两幅SAR影像强度信息Pixel-tracking技术获取大量级形变信息相结合的加权融合方法,对河北省峰峰矿区万年矿开采工作面进行精细监测,结合现...     

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。     

D-InSAR的黄土高原矿区地表形变监测

D-InSAR技术已在数字高程建模、地表微小变形、地壳形变等方面显示出广阔前景,但其对黄土高原矿区复杂、剧烈、动态的地表形变监测能否有效,目前仍存在争议。针对此问题,该文以大同市南郊区采煤沉陷地为研究区域,利用两轨法D-InSAR技术,采用ALOS PALSAR数据获取了研究区域2008年1月1日至2月16日间的沉陷面积和最大沉降值。然后以晋华宫矿某工作面为例,利用开采沉陷预计方法进行验证,预计结果显示该工作面的最大沉陷值与D-InSAR测量值相差达24.04mm,并分析差异主要来源于SAR数据、地形、预计参数选取的限制。实验结果表明,D-InSAR技术能够比较准确且有效地监测黄土高原矿区地表形变。     

基于单视线向D-InSAR技术的倾斜煤层开采地表沉陷监测方法

基于合成孔径雷达差分干涉测量（differential interferometric synthetic aperture radar,D-InSAR）技术的开采沉陷监测理论和方法是矿山变形监测领域研究的热点,当前已有学者融合单视线向D-InSAR技术和开采沉陷规律成功构建了开采沉陷三维监测模型,然而由于该模型仅融合了水平煤层开采地表沉陷规律,其并不适用于倾斜煤层开采地表沉陷监测。针对上述问题,根据D-InSAR监测的视线向变形与三维变形的关系,融合倾斜煤层开采地表沉陷规律,提出了基于单视线向D-InSAR技术的倾斜煤层开采地表沉陷监测方法。模拟实验表明,所提出的方法下沉监测相对误差绝对值小于9.53%,平均为1.31%,南北方向和东西方向水平移动监测相对误差绝对值小于9.78%,平均为3.71%,满足开采沉陷监测精度要求。并利用该方法成功监测了中国山东省兖州矿区南屯煤矿9310工作面在2012-01-27—2012-02-07期间开采引起的地表移动与变形。     

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。     

无人机地形跟随在矿区沉陷监测中的应用

针对传统无人机矿区开采沉陷监测因地形起伏导致同一航测架次的监测精度相差较大的问题,本文分析了地形变化对影像分辨率、相片重叠度及监测精度的影响,并对无人机加装TOF传感器,对PID控制器进行编码设置,使无人机相对地面保持相同高度飞行,实现了无人机地形跟随监测。试验表明:地形起伏会使传统无人机监测精度降低,本文提出的方法可实现无人机地形跟随航测并保证监测精度;在地形复杂矿区,传统无人机沉陷监测平均精度为65.73 mm,具备地形跟随技术的无人机沉陷监测平均精度达46.59 mm,监测精度得到提高;与实地布设的观测线数据相对比,航测监测的下沉趋势准确,但对地表的细微变化无法捕捉;获取的矿区沉陷范围全面广泛地反映出由于工作面的推进造成的矿区沉陷所影响的区域,可为矿区开采沉陷监测提供参考。     

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.     

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。