适用于露天矿时序形变监测的优化DS-InSAR 技术

露天矿形变监测对矿区安全开采具有重要意义。 针对常规监测手段存在的效率低、成本高、难以获取 某一地区内露天矿区大范围、长时序的地表形变特征的问题,提出了一种采用复相干矩阵分解法进行相位优化的优 化分布式目标 InSAR(Distributed Target Interferometric Synthetic Aperture Radar,DS-InSAR)时序地表形变监测方法。 该 方法在通过快速同质点识别算法 FaSHPS(Fast Statistically Homogeneous Pixels Selection,FaSHPS)提取同质像元的基础 上,采用复相干矩阵特征值分解法实现相位优化,融合永久散射体( Persistent Scatterers,PS)获取时序地表形变信息。 利用 50 景 Sentinel-1A SAR 影像,获取了 2020 年 1 月—2021 年 8 月辽宁省鞍山地区齐大山矿、大孤山矿、鞍千矿 3 个 矿区的时序地表形变特征。 结果表明:监测时段内大孤山矿、齐大山矿与鞍千矿共存在 5 处形变区,最大累积形变量 为-493. 43 mm,各形变区时序形变特征与露天矿开采活动高度相关;与常规时序 InSAR 技术相比,该技术有效提高了 获取的同质像元密度及可靠性,获取的监测点数量是后者的 1. 253 倍,点位空间分布更为均匀,获取的形变场更加完 整;两者相同点位形变量监测结果的相关系数为 0. 855 6,证明所采用的 DS-InSAR 技术可靠性较高,能够较好地实现 对露天矿区高精度、大范围、长时序的地表形变监测。     

相邻工作面开采下的矿区地表沉陷InSAR监测与分析

针对相邻工作面重复开采条件下地表形变复杂和常规D-InSAR方法易受时间去相关和大气延迟等因素影响的问题，以东滩煤矿为研究对象，采用SBAS-InSAR方法对40景Sentinel-1A数据进行时序处理，获取了研究区域的年均沉降速率和时序累计沉降量，并对形变特征进行了分析。结果表明：6303相邻工作面的采动对已采工作面影响效果显著，相邻工作面开采条件下地表沉陷速率快、范围广、沉陷盆地形状不规则，6303工作面在走向和倾向上的沉降量差异明显，表现出非对称性特征；InSAR技术能够效监测到矿区相邻工作面开采的地表沉陷现象，可为类似复杂开采条件下的矿区地表形变分析提供技术参考。     

基于DS-InSAR的张双楼煤矿长时序地表形变监测方法

针对合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术在矿区受失相干影响严重,导致测点密度低 、下沉盆地信息 不全等问题,以沛北矿区张双楼煤矿为研究对象,提出了一种基于分布式目标 InSAR（DS- InSAR）的矿区长时序地 表形变监测方法,通过处理 2007 年 2 月—2011 年 3 月的 13 景 ALOS 影像获取了该矿地 表高密度的时序形变。基于 置信区间估计的参数假设检验方法选取像元的同质点,充分考虑了研究区域内多种散射机制的 分布式散射模型相 位的特征,采用特征值分解方法提取主导散射体对应的相位值,分离出去相干噪声来优化相位 。结果表明：研究时 段内,该矿存在 3 处下沉盆地,其地表下沉时空分布与地下煤炭开采活动高度相关,视线向 最大累计沉降超过 700 mm。与传统 SBAS 监测结果对比发现,该方法选点密度是后者的 3.5 倍,两者相同点位形变 量的相关系数为 0.97, 验证了方法的可靠性。所提方法有助于实现对矿区非接触、大范围、长时序的动态监测。     

西部黄土高原矿区采煤沉陷多源遥感监测技术进展与展望

西部黄土覆盖区是我国重要的煤炭生产基地,地貌及地质采矿条件复杂,黄土层厚度巨大,开采沉陷具有不同于其它矿区的特殊性,地表下沉速度大,起动距偏小,采动裂缝等非连续破坏更为严重,地表沉陷盆地形状和沉陷变形分布特征更为复杂多变。在当前技术条件下开展地表沉陷的高效监测和定量评价仍面临一定困难。近年来,合成孔径雷达干涉测量(InSAR)、无人机摄影测量(UAV photogrammetry)、激光雷达(LiDAR)等多源遥感技术迅速发展,其具备的非接触式观测、大范围覆盖、高时空分辨率等特点,能够实现地表沉陷连续性、动态性和全面性监测,通过多源观测数据的融合处理,可为西部矿区开采沉陷高效监测提供新的技术途径。综述了多源遥感技术在矿区沉陷监测中的应用进展;通过现场试验探索了InSAR、UAV photogrammetry、LiDAR用于黄土高原矿区沉陷监测的实际效果,发现在地貌复杂、地形起伏和植被覆盖及地表大梯度形变条件下,InSAR干涉失相关和大气延迟等各种误差过大;无人机航测影像构建的三维模型受植被和地形影响导致地面模型的高程精度不足;无人机激光扫描受地形坡度、点云密度和地表点水平移动的综合影响...     

基于时序InSAR的小龙潭矿区地表形变监测预警

采用基于时序InSAR(合成孔径雷达干涉测量)的卫星遥感技术,对小龙潭矿区进行"全覆盖"式的地表形变监测,通过长时段的周期性监测获取地表形变的空间分布、时间序列曲线,结合生产进度、当地天气状况等因素进行边坡滑移的潜在风险分析,从而对可能的滑坡进行研判及预警。实践表明时序InSAR在矿山边坡监测及滑坡预警等方面效果明显,扩展了边坡全面监测与预警预报手段。     

应用Sentine1-1A卫星数据对宁东煤炭基地进行沉陷监测试验研究

西部黄土高原煤炭开采造成的地表沉陷严重威胁煤矿安全生产,利用InSAR技术监测地表沉陷已成为矿区监测新途径。文中使用Sentinel-1A数据对宁东金凤煤矿探测,得到沉降图,并插值失相干区域的形变数据得到整个矿区的沉陷数据,为矿区灾害预警提供决策信息。     

基于SBAS-InSAR技术的矿区开采损害鉴定研究

为了实现矿区开采沉陷损害的高效可靠鉴定,以山西东坡煤矿开采井田为研究对象,利用合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术监测分析了该区域矿区开采所引起的地表形变,同时基于概率积分模型预计了该矿区开采移动变形情况,随后利用边界角确定了开采边界,结合实地调查最终确定该井田开采是否会对矿区附近某村庄产生损害影响。结果表明：分析矿区在2007年1月至2019年4月期间InSAR形变监测结果以及预计的地表移动变形发现,该村庄始终处于由边界角确定的开采损害边界以外,同时结合实地调查发现建构筑物未有采动损害迹象。     

郓城矿区地表形变时空演变DS-InSAR监测

郓城地区煤炭储量丰富,地下煤矿的大量开采导致地面出现不同程度的沉降,为了更好地掌握郓城矿区地表形变的时空演变特征,利用融合分布式目标的时序差分干涉测量(DSInSAR)技术和2018年1月至2019年11月期间获取55景Sentinel-1A雷达影像对郓城矿区进行了地表形变监测。结果表明:DS-InSAR技术能有效地提取到分布在裸地和稀疏低矮植被区的分布式目标,可显著提升矿区监测点数量且其分布更加均匀,能够更加全面地反映了郓城矿区地表形变空间分布;形变分布图显示郓城矿区内李楼、郭屯煤矿形变量级较大,年最大沉降量可达100 mm,彭庄、赵楼煤矿地表形变较小,且不同年份沉降中心差异主要与郓城矿区地下开采活动变化密切相关。     

基于SBAS-InSAR技术的矿区地表移动规律研究

及时获取矿区地表沉降信息对保护地表建筑物安全和矿区治理具有重要意义。传统的矿区地表沉降监测方法通常需要花费大量人力物力,且监测点难以长期保存,而作为新技术的SBAS-InSAR方法克服了上述传统方法的不足,可以快速获取大范围、高精度的地表形变信息,能够对矿区地表进行动态监测和时序分析。本文采用SBAS-InSAR技术对覆盖河北某矿的Sentinel_1A影像进行处理,得到了该矿区地表及周围的年平均沉降速率和累计沉降等成果,并通过和实测水准数据对比验证了SBAS-InSAR精度在矿区地表监测中的可靠性。然后基于SBAS-InSAR监测结果获取的矿区地面沉降位置、沉降量和工作面等信息,求取该矿地表移动参数,并依据地表沉降速率和沉降位置分布及发展变化进行地表移动规律探究,为矿区后续的合理开采和治理提供决策依据。     

基于InSAR监测采煤沉陷区形变特征

采用时序InSAR技术对某煤矿2个采煤工作面导致的地面塌陷进行了形变监测,利用干涉效果较好的开挖公路区域实现对采煤塌陷区较好的监测效果。采用2016年6月～12月期间共计8景RADARSAT-2数据,利用小基线集技术处理得出采煤沉陷区地表形变速率及时序累积形变结果,通过与采煤工作面的时间空间分布情况对比,研究得出时序InSAR对采煤塌陷具有较好的指示作用,InSAR监测采煤沉陷区变形结果与采空区的范围对应良好。     

基于SBAS-InSAR的大采深条带开采地表沉降监测与特征分析

矿区地下开采造成地表不同程度的沉降,引发安全隐患,InSAR技术是地表变形监测 的重要手段之一。项目利用31景Sentinel-1A影像,基于SBAS-InSAR技术,通过去除地形误差、轨 道误差及大气延迟误差等,获得下沉盆地年平均沉降速率达到61 mm/a,最大沉降127 mm,整体呈 现下沉趋势,不均匀沉降较为明显,局部区域沉降量持续增大。统计下沉盆地沉降面积发现,沉 降量大于100 mm的沉降面积达到0.32 km2,累计沉降面积达到4.33 km2,沉降面积呈现逐渐增加 的趋势;将SBAS-InSAR结果与水准数据对比分析,均误差为2.9 mm,两者结果基本吻合。从SBAS 结果提取研究区下沉盆地的剖面时序沉降信息并做高斯曲线拟合,曲线形态与开采沉陷概率积分 法特征一致。研究表明：基于SBAS-InSAR在大采深条带开采矿区地表变形监测中是可行的,受条 带工作面开采的影响,引发相邻老采空区持续发生沉降,地表变形较小,地表移动范围大, SBAS-InSAR可以有效得到全盆地、全要素地表变形信息,为类似矿区开采沉陷高精度监测提供参 考。     

Mining subsidence monitoring using the method of combining InSAR and GPS technology

Attempted to conduct a dynamic monitoring research on coal mining subsidence in western mining areas by using the method of combining D-InSAR and GPS technology. The observation points were installed on the main section and the three-dimensional coordinates of the points were measured by using the method of dynamic differential GPS. Meanwhile, the radar images of this subsidence area were processed by using the method of interferometry with daris software, and the interferogram of the subsidence area was obtained. Through this study, the GPS monitoring data and the InSAR deformation data were integrated and the dynamic subsidence contours of the experimental area were obtained. GPS/InSAR fusion technology provides a new technological means for large-scale dynamic monitoring of coal mining subsidence in western mountainous mining areas and shows good application prospects in coal mining subsidence monitoring and disaster warning.     

InSAR技术在矿区地表变形监测中的应用

以禹州市梁北矿为研究区，利用2018年11月—2020年6月间35景5 m×20 m分辨率Sentinel-1A数据，采用InSAR技术，利用SBAS（短基线集InSAR）雷达干涉测量方法对梁北矿进行地面沉降信息提取解译，并通过实地调查成果认为，采用InSAR技术适合在矿区开展地表变形监测。     

基于LiDAR DEM不确定性分析的矿区沉陷信息提取

机载LiDAR系统能够快速获取大面积地表高分辨率、高精度的三维点云数据,可用于矿区沉陷信息提取,但LiDAR数据本身的误差、地表覆被和数据处理等会导致生成DEM中存在一定的不确定性。基于研究区2009、2012年2期机载LiDAR点云数据,在LiDAR DEM精度与不确定性分析的基础上,利用模糊推理方法建立了基于坡度、点云密度和地表粗糙度的误差相关表面,用于差值DEM不确定性的量化与DEM最小变化阈值的探测,采用基于权重滤波窗口的贝叶斯估计判定与修正,较精确地获取了研究区地表形变信息;针对地表侵蚀等导致的地形变化信息,在坡度相关性分析的基础上,通过掩膜去除了非开采沉陷导致的地形变化信息,获取了较为精确的沉陷盆地信息。实验表明该方法适用于大面积开采沉陷监测,能够快速确定沉陷区位置,较准确获取沉陷区的分布范围、面积及体积等信息,为开采沉陷监测提供了一种新的技术手段。     

基于相干目标短基线InSAR的矿业城市地面沉降监测研究

针对煤矿区非线性地表沉降特征,探讨了相干目标短基线InSAR用于矿业城市地面沉降监测研究的方法与效果。该方法以相干目标短基线差分相位时序分析为技术核心,综合相干系数阈值法和振幅离散指数最大化提取有效相干目标,以此构建相干目标Delaunay三角网,进而分析相邻目标的时序相位差,根据差分相位构成中各分量的时空特性,对短基线条件下干涉相位序列进行逐个分离,最终获取地表下沉速率和下沉累积量。以唐山市为例,选用2004-2010年27景ENVISAT ASAR 影像进行分析,查明了唐山市城区地面沉降量及其空间分布特征,最大年沉降速率达到-46.8 mm/a,主城区沉降速率普遍低于-11 mm/a。连续动态监测也显示了矿区开采沉陷不同阶段的地面沉降特征。     

InSAR测量技术在矿区地表沉降监测中的应用

为了探讨InSAR测量技术在矿区进行地表沉降监测的可行性,首先采用传统的GPS测量矿区的地表沉降情况,并获得GPS地表沉降监测数据,然后采用瑞士的GAMMA软件处理矿区的主辅两景InSAR影像,通过相位解缠等操作最终得到矿区地表的沉降图。以淮北某矿区一个工作面的地面观测数据为例,通过仿射变换进行坐标转换把地面上GPS观测点转换到对应的InSAR栅格数据阵列中,对比分析二者的观测数据,可以发现InSAR监测结果与GPS观测结果具有一致性,能够满足矿区地表沉降监测的精度要求。     

Stacking-InSAR技术在矿区地表沉降监测中的应用

文中采用Stacking-InSAR技术,对11景2019年11月~2020年3月的Sentinel-1A影像进行时序处理,研究了建新煤矿的地表沉降。选取4201工作面重点讨论,并画出走向和倾向的累积沉降图,为矿区地表形变监测提供了有效参考。最后分析了矿区开采沉陷InSAR监测面临的主要问题,并对发展趋势进行了展望。     

琅琊山铜矿地下采矿对复杂地表环境安全影响研究#br#

为分析琅琊山铜矿地下采矿对矿区地表复杂的建（构）筑物造成的影响,建立了地表地形和地下开采模型,采用数值模拟方法对矿山地下采矿造成的地表沉降变形进行模拟,得出地表最大沉降值为48.4 mm,且各个沉降区域分布扩展较为均匀,倾斜变形、曲率及水平变形最大值均小于允许指标。采取模拟监测的方法,通过布置主监测线和辅助监测线来获得监测数据,对沉降变形进行修正。主监测线最大沉降值为45.99 mm,辅助监测线监测结果与主监测线监测结果相近。研究结果表明,沉降最大区域附近属于均匀变形,开采对地表建(构)筑物安全影响较小,同时也为矿山开展地质灾害防治工作提供了理论依据。     

基于SBAS-InSAR的矿区全盆地开采沉陷求参方法研究

传统测量手段监测矿区开采沉陷时所需的成本较高,且无法全面反映地表移动盆地的沉降情况。为了使矿区地表沉陷监测更全面高效,从而获得更高精度的概率积分预计参数,以内蒙古某矿区为例,先采用SBAS-InSAR技术处理27景Sentinel-1A卫星数据,获得2017年9月至2018年7月间的全矿区地表时序形变情况,再结合改进步长的果蝇优化算法实现地表全盆地3 723个点的共同求参。结果显示,工作面开采导致的地表最大沉降量为201 mm,与实测数据相比,其绝对误差的平均值为3.00 mm,相对误差的平均值为9%。研究结果表明:SBAS-InSAR技术与传统手段相比,对于监测矿区工作面开采引起的地表全盆地沉陷具有较大优势;此外,采用改进步长的果蝇优化算法能将全盆地开采沉陷结果用于概率积分预计参数的求取,得到一组效果良好的参数;获得的研究区域最优概率积分预计参数为:下沉系数q=0.33,主要影响角正切tan β=1.83,拐点偏移距s=0.045H(H为采深),开采影响传播角θ0=89°。研究成果为今后矿区地表的开采沉陷监测与概率积分预计参数确定提供了科学依据。     

矿区InSAR DEM精度的影响因素分析

利用InSAR技术获取矿区DEM成为最近几年的研究热点,研究人员并逐渐从开始的理论研究转为实际应用。但由于SAR系统的测量方式(侧视成像),以及矿区的特殊地表情况,导致影响其测高精度的因素很多。从InSAR测高的原理出发,利用误差理论知识,分析了测高精度的相关误差源,推导出了测高精度与相位误差、基线长度、基线倾角的关系,并做出了误差传播曲线,得出了彼此之间的影响规律;同时根据矿区开采沉陷变化特征分析了地形特征对测高精度的影响规律,最后得出矿区开采沉陷变化引起的地形坡度变化对InSAR测高精度的影响具有明显的分区性。