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。     

DInSAR集成GPS的矿山地表形变监测研究

矿区滑坡、沉陷等地质灾害频繁,矿区地表监测及预报愈显重要,利用雷达差分干涉测量与GPS集成可实现对矿区的三维形变监测。本文以资兴唐煤矿区为例,对矿区五景ASAR数据进行了处理,获取了垂直形变图;在矿区选取了代表性的10个GPS形变监测点,获取了ASAR数据对应时间的平面点位形变监测结果。对DInSAR与GPS测量数据集成与内插,获得地面监测点的三维形变量,采用部分监测点的水准测量数据对形变结果进行了验证,结果表明两种监测结果一致。     

DInSAR集成GPS的矿山地表形变监测研究北大核心CSCD

矿区滑坡、沉陷等地质灾害频繁,矿区地表监测及预报愈显重要,利用雷达差分干涉测量与GPS集成可实现对矿区的三维形变监测。本文以资兴唐煤矿区为例,对矿区五景ASAR数据进行了处理,获取了垂直形变图;在矿区选取了代表性的10个GPS形变监测点,获取了ASAR数据对应时间的平面点位形变监测结果。对DIn SAR与GPS测量数据集成与内插,获得地面监测点的三维形变量,采用部分监测点的水准测量数据对形变结果进行了验证,结果表明两种监测结果一致。     

基于CR-InSAR的煤矿区地表沉陷监测研究

以西山煤电古交矿区为研究区域,采用常规D-InSAR技术对矿区地表进行试验研究。选取干涉质量较好的影像数据,分别运用二轨法和三轨法进行处理,将处理结果与实测的GPS测量数据进行对比分析。常规D-InSAR技术能够监测微小地表沉陷,但在低相干区域不能获得准确形变量,基于此,提出了采用CRInSAR技术来监测煤矿区地表沉陷。结合该矿区收集到的TerraSAR-X影像数据,开展CRInSAR技术监测煤矿地表沉陷的应用实验,得到与实测GPS测量数据非常相似的观测结果,验证了CRInSAR技术监测煤矿区地表沉陷的可靠性和优越性。     

基于D-InSAR的唐山矿区地表形变监测研究

针对传统的监测方法都是基于点位监测,耗时耗力且难以大面积监测,本文以唐山某矿1326工作面为研究区域,利用二轨法D-InSAR的方法,采用两景Sentine1-1A数据对该工作面进行监测与分析,将所求取的监测结果分别与水准测量数据、利用开采深陷预计方法所预计出的该工作面以及受到开采影响的周边建筑物的下沉值进行对比验证。实验结果表明,D-InSAR监测值与开采沉陷预计的值结果较为一致,能够较为精确有效地监测矿区地表形变以及开采范围内的建筑物沉降。     

基于D-InSAR技术的某震区地震三维形变场反演

雷达差分干涉测量技术(Different InSAR,D-InSAR)作为的一项新的发展技术,监测精度极高,是目前地表形变监测最有效的方法之一。然而,D-InSAR技术只能获取地面沿雷达视线方向的形变量(Line of Slight,LOS),因此我们需结合其它技术进行联合解算,来求解三维形变量以获取真实地表的形变情况。本研究以某震区为研究区,利用地震前后的哨兵一号数据,基于D-InSAR技术和MAI技术求得地震形变量,按等权分配进行联合求解,最后得到该震区的三维形变信息。     

南宁市地表形变InSAR监测及时空分析

基于Sentinel1-A数据,首先利用SBAS-InSAR(sat-ellite-based augmentation system-interferometric synthetic aperture radar)技术对南宁市区2017年12月至2019年1月的地表形变进行计算,获得研究区的地表形变速率图和累积形变量;其次,从Sentinel1-A卫星影像数据中选择6景影像进行差分干涉处理,提取5个时间段内的形变信息,并叠加分析得到总形变量;最后利用D-InSAR(differential-In-SAR)获得的形变结果对SBAS监测结果进行验证分析.结果表明:2017-2019年,南宁市地表形变极不均匀,其最大沉降速率约为23.52 mm/a,最大抬升速率约为17.77 mm/a;SBAS和D-InSAR所得监测结果总体上具有一致性,但局部存在一定差异.其中,SBAS方法提取的最大形变量约为31.55 mm,D-InSAR提取的最大形变量为39.93 mm.     

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.     

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。     

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。     

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...     

Sentinel-1A数据的四川宜宾Ms6.0同震形变分析

为了获取2019年6月17日发生的四川宜宾Ms6.0地震引起的地表形变情况,该文利用欧空局宽幅模式的高分辨率新型Sentinel-1A卫星获取了此次地震的第一对同震干涉像对数据,使用D-InSAR技术获取宜宾市长宁县地区的同震形变场。结果显示,本次地震在震中西北方向分别形成了1个明显的沉降区和抬升区,在雷达视线方向上的最大沉降量为7.9 cm,最大抬升量为8.1 cm。通过与同一时间内的GPS高程测量形变量相比,D-InSAR解算的地表形变量与GPS监测点形变量基本一致,均不超过3 mm,表明了本文的D-InSAR形变解算结果的可靠性,体现了新型Sentinel-1A雷达卫星在地震形变监测领域有着很高的应用价值和潜力。     

双轨D-InSAR技术监测矿区地面沉降的应用

合成孔径雷达差分干涉测量(Differential interferometry synthetic aperture radar,D-InSAR)技术在矿区地面沉降监测领域具有独特的优势和巨大的发展潜力。为分析并掌握济宁某矿区地面沉降的变化状况,选取具备高穿透植被能力的L波段的ALOS PALSAR数据,基于双轨D-InSAR技术对采煤塌陷进行动态监测,获取矿区的形变信息,并与水准数据进行对比分析,进而为有效的进行矿山地质环境保护与治理恢复提供一定的理论依据和技术支持。     

Research on ground deformation monitoring method in mining areas using the probability integral model fusion D-InSAR,sub-band InSAR and offset-tracking

With the aim of addressing the problem of accurately monitoring complete deformation fields over mining areas by means of Synthetic Aperture Radar (SAR), this paper proposes a solution to obtain complete deformation fields using the probability integral model to fuse deformation data derived from Differential Interferometric SAR (D-InSAR), sub-band InSAR and offset-tracking. This method is used for small-scale, medium-scale and large-scale deformation monitoring using D-InSAR, sub-band InSAR and offset-tracking, respectively. Finally, the probability integral model is utilized to integrate the three deformation fields, and a complete deformation field with high-accuracy over the study area can be obtained. The method is tested on 13 TerraSAR-X (TSX) images from December 2, 2012 to April 24, 2013 of the working face 52,304 of the Daliuta mining area in Shaanxi province, China. The complete deformation field of the working face during the 113-day mining period is obtained. The results show that during the process of working face advancing, the subsidence basin has been expanding along the direction of excavation. The relationship between the average maximum subsidence rate and the advancing distance of the working face can be described by a quadratic polynomial. It has been also observed that, when the underground mining reaches the full mining condition, the maximum subsidence value does not increase further. The accuracy of the proposed method is verified against the global positioning system field survey data. The root mean square errors in the strike and dip directions are 0.134 m and 0.105 m, respectively. Due to the support provide by the reserved coal pillars, the subsidence value above the reserved coal pillars is smaller.     

融合D-InSAR与GIS技术的矿区开采沉陷形变监测及预测方法

针对合成孔径雷达差分干涉测量（D-InSAR）技术能监测大范围地表形变信息，但单一的D-InSAR技术不能精确分析沉降分布的范围和位置的问题，本文以淮北袁店二矿为例，首先选择2015年4—5月2景C波段Radarsat-2和7—12月6景Sentinel-1卫星影像数据作为干涉影像数据构成6个干涉影像对，通过二轨法对其进行差分干涉处理和相位解缠提取干涉形变图；然后将D-InSAR差分干涉图与开采平面、开采计划图导入ArcGIS进行叠加，分析矿区开采沉陷区域的空间动态分布位置并进行定量分析；最后采用灰色理论模型进行预测。结果表明：D-InSAR叠加分析图能反映出在煤炭开采过程中沉降区域位置和分布范围；D-InSAR预测值与实测值最大相对误差和方差比分别为11.5%和0.097。     

融合InSAR和GA的开采沉陷预计参数反演模型研究

针对基于常规合成孔径雷达差分干涉测量（differential interferometry synthetic aperture radar,D-InSAR）技术成果无法反演全部概率积分参数问题,开展了融合D-InSAR和遗传算法（genetic algorithm,GA）的概率积分参数反演方法研究。①依据采动区D-InSAR视线（line of sight,LOS）方向变形为下沉和南北、东西方向水平移动沿LOS方向投影的关系,基于GA理论,首次构建了融合D-InSAR和GA的概率积分法预计全参数反演模型,并编制了求参软件。模拟实验结果表明,q、tanβ、b、θ的相对误差不超过6.7%,拐点偏移距S相对误差不超过20%（参数敏感度低,对求参整体效果影响小）;求参拟合下沉误差为-5.90~6.10 mm,拟合中误差约为±2.20 mm,整体求参效果较好。②利用融合D-InSAR和GA的概率积分法预计全参数反演模型,在一定的假设条件下,对2012年3月11日9310工作面开采沉陷的动态概率积分参数进行了求取,得到q=0.172,b=0.13,tanβ=2.08,θ=88°,S₁=-10 m,S₂=9 m,S₃=-85 m,S₄=30 m,拟合误差约为-35.00~45.00 mm,拟合中误差为±15.16 mm,并认为S₃=-85 m主要为9310工作面开采导致邻近9312采空区边界的悬臂梁或砌体梁失稳"活化"所致。     

双轨道差分干涉测量技术在地面沉降监测中的应用

介绍了双轨道差分干涉测量监测地面沉降的基本原理,应用了具体的 RADARSAT数据,提取出Belridge油田因石油开采所造成的地表形变,并阐述了数据处理的主要步骤,实现了差分干涉结果的解译和分析.