D-InSAR技术在矿区开采沉陷中的应用及发展趋势

合成孔径雷达差分干涉测量(D-In SAR)具有空间分辨率高、全天时、覆盖面积大、成本低等优点,在矿区开采沉陷监测中得到了广泛应用。首先对D-In SAR基本原理、数据处理方法(二轨法)的基本流程做出简要的分析,然后通过实例介绍了D-In SAR技术在矿区开采沉陷中的应用。分析了D-In SAR技术优势和应用中存在一定的误差,提出了一些解决措施。就D-In SAR技术的发展前景进行预测分析。得出以下结论:D-In SAR测量技术能够清晰地反映矿区整个地表形变量。二是结合D-In SAR矿山开采沉陷监测成果,对该技术的基本原理及应用现状进行了深入分析,认为加强与GIS的集成是矿山开采沉陷研究的一个发展方向。     

基于D-InSAR技术的煤矿区地面沉降监测研究

概要叙述了差分合成孔径雷达(D-In SAR)的技术原理和数据处理方法,介绍了D-In SAR在地表形变监测中的应用技术和方法,针对研究区域的地表沉降特点选择常规D-In SAR和永久性散射体干涉测量(PSI)作为In SAR差分处理方式,分析并选取适合本项目研究的In SAR雷达数据,对兖州-济宁区域因煤矿开采产生的地表缓慢沉降和快速沉降进行数据分析并得出结论,达到了研究的目的。     

面向矿区地表形变的GPS-InSAR融合方法研究

煤炭资源高强度的开发与利用容易导致开采沉陷,威胁矿区安全生产。多源监测数据融合是实现矿区地表形变高效监测的关键手段。针对GPS与In SAR技术在地表形变监测时存在的不足,提出一种融合GPS与In SAR数据的遗传-克里金插值方法对矿区地表形变进行监测。融合GPS与In SAR数据进行克里金插值,寻找最佳变异函数模型计算研究区的年平均形变速率;随后通过遗传算法对变异函数模型的参数进行寻优,进一步提高插值模型的精度;最后以GPS站点的实测数据,对模型的性能进行验证和评价。结果表明:融合GPS数据的遗传-克里金插值算法可有效提高地表形变监测的精度。研究成果有望提高地表形变监测的效率,对矿山地质灾害防治与地面保护工作具有一定的参考价值。     

基于D-InSAR技术的煤矿区沉陷监测

煤炭开采引起的地表移动变形时间集中、形变量大,使得基于D-In SAR技术的煤矿区沉陷监测受到了诸多的限制,很难获取准确的地表沉陷信息。为使D-In SAR技术能够更好地应用于煤矿区沉陷监测,采用"两轨法"差分干涉技术处理了多景Radar Sat-2影像数据,通过实验分析了植被因素对影像相干性的影响,探究了监测量级对地表沉陷信息解译结果的影响,并以峰峰矿区的九龙矿为试验区对D-In SAR技术的监测精度进行了分析。结果表明:地表植被覆盖率是影响影像间相干性的决定性因素,在地表植被稀疏的冬季相比植被茂盛的夏季更适合使用DIn SAR技术进行地表形变监测;由于地质采矿条件复杂,导致地表下沉速度超过卫星可监测范围,通常只能准确监测到盆地边缘的形变;当沉降量不超过监测量级时,D-In SAR技术的监测结果与常规水准测量的结果大致吻合;随着相关理论研究的不断深入与处理软件的日趋成熟,D-In SAR技术在煤矿区沉陷监测中的应用前景将更为广阔。     

基于D-InSAR技术反演矿区上方铁路地表形变

为了分析矿区上方铁路地表的形变,文中应用双轨法D-In SAR技术对10景高Sentinel-1A影像进行处理,获得了20150926—20160523时段内近采区上方铁路附近的地表变形;同时结合开采沉陷预计结果对矿区开采的地表沉陷情况进行分析,并利用矿区地表移动观测站实测数据进行验证;结果表明D-InSAR技术可以有效地对矿区上方铁路附近地表形变进行监测。     

基于D-InSAR技术的矿区地表沉陷监测

结合D-In SAR技术全天时、全天候、高分辨率和连续空间覆盖等特点,基于7景Terra SAR-X影像数据,采用二轨差分方法,得到山东南屯矿地表沉陷D-In SAR数据,与水准数据进行对比。根据二者的差值与距离的关系,采用最小二乘多项式拟合的方法,得到D-In SAR数据的修正公式。修正后D-In SAR数据的精度满足地表形变监测的需求,具有广阔的应用前景。     

D-InSAR技术在岱庄生建煤矿地面沉降监测中的应用

合成孔径雷达差分干涉测量技术(D-In SAR)已在矿区地面沉降监测方面得到了广泛的应用。为研究岱庄生建煤矿开采引起的地面沉降状况,文中选取8景ENVISAT ASAR数据,基于GAMMA软件进行双轨D-In SAR处理,得到一系列结果图;结合收集到的水准数据,着重分析了岱庄生建煤矿在20071020~20080202监测时间段内的地面沉降分布、沉降量等,并与水准数据进行精度验证。研究结果表明:利用D-In SAR技术可正确地得到矿区沉降分布、沉降量等情况,为煤矿区的合理开采和可持续发展提供一定的技术支持和理论借鉴。     

基于D-InSAR监测黄土沟壑山区采煤引起的地表沉陷实验研究

针对黄土沟壑区煤矿开采引起的地表形变,探讨D-InSAR技术监测的可行性。以彬长矿区亭南煤矿为例,采用5景Sentinel数据进行差分干涉处理,生成矿区形变结果并与水准数据进行对比分析。结果表明:水准数据与D-InSAR处理的形变结果有着差异,不过两者在走势上是大致相同的,D-InSAR技术能够反映出黄土沟壑区地表沉陷趋势。将雷达视线方向形变转换为地表三维形变,D-InSAR监测数据能够更好地反映矿区地表移动规律。     

融合概率积分模型与D-InSAR的开采沉陷预计

矿区地表植被多,开采沉陷速度快、量值大,所产生的地质灾害较一般性的地表沉陷严重,极易使得2景SAR影像失去相干性,造成解缠错误。针对矿区SAR影像相干性较低、下沉盆地中央相位值易丢失的情况,结合合成孔径雷达干涉差分技术（Differential interferometric synthetic aperture radar,D-InSAR）和基于遗传算法的概率积分模型,提出了一种矿区开采下沉盆地预计方法。以该方法利用矿区下沉盆地边缘一定数量的相干系数较高且下沉较明显的D-InSAR监测值和下沉盆地中央最大下沉点与拐点附近的少量观测值对某矿II3720工作面进行试验,首先利用概率积分模型反演概率积分法预计参数并采用遗传算法进行多次优化,然后利用得到的参数对该工作面下沉盆地进行模拟预计,结果表明：通过该方法得出的下沉盆地参数及下沉值与实测值较接近,有助于弥补由于矿区SAR影像干涉效果不佳而导致的预计精度不高的不足,通过少量的观测数据可较为有效地预计矿区下沉盆地,对于提高矿山开采沉陷监测与预计的精度有一定的参考价值。     

D-InSAR技术在煤矿开采沉陷监测中的应用探讨

该文在综合分析雷达差分干涉测量技术(D-In SAR)的技术原理和技术发展的基础上,探讨了D-In SAR技术在煤矿开采沉陷监测中的使用范围及应用方法,并结合已有应用案例总结了该技术在开采沉陷监测中亟待解决的若干问题。研究结果表明:D-In SAR技术的应用为开采沉陷的动态监测和采煤引起的地表时空演变过程的研究提供了一种新的技术方法。     

地下铁矿扩界开采地表影响范围计算

矿山开采过程中往往会形成一定的空区造成地表的沉陷。为确保矿山的安全生产并提供地表影响范围计算的科学依据,针对某铁矿采用胶结充填法采矿需进行扩界开采的工程实际,将该矿的地表影响范围运用概率积分法和FLAC3D数值模拟软件进行预测。在已知该矿9条勘探线矿体形状的基础上,取地表沉陷数值为参考标准计算出地表最大变形区域;以FLAC^3D建立矿山的仿真模型,真实反映矿区的三维地理、地质信息和各地层材料的内在属性,模拟开挖过程中地表变形的动态发展,最终确定地表变形等值线图。由此得出矿区开采中心部位沉降值为18 mm,生产企业周围沉降值cm级以下,居民住房位于2 mm沉降圈以外,扩界开采带来的影响较小。地表监测数据进一步佐证了上述计算的准确性,扩界开采地表沉降范围计算可以指导矿山生产保证安全,有长远的意义。     

基于D-InSAR与概率积分法的开采沉陷监测与预计

为掌握采动区附近高等级公路的变形趋势,针对传统开采沉陷监测方法存在诸多缺陷的问题,将合成孔径雷达技术(D-InSAR)与概率积分法相结合,提出了一种矿山开采沉陷监测与预计方法。该方法首先利用D-InSAR技术对兖州某矿9308工作面进行了监测和分析,并将监测结果与路面水准测量数据进行了对比,然后基于D-InSAR的监测值,求取了9308工作面非充分采动下的概率积分法预计参数,再根据三下采煤规程对参数进行修正得到工作面全采时的预计参数,最后利用修正后的参数预计出工作面全采对附近高等级公路的影响程度。结果表明D-InSAR技术高精度的优势可以为开采沉陷预计提供可靠的监测数据,该方法可以为实现矿山开采沉陷监测与预计一体化提供有力支持。     

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。     

基于量子神经网络拟合法的矿区地表变形监测

矿区地表变形监测受到矿区地质构造条件、开采规模、采矿工艺等因素的影响,目前常规的矿区地表变形监测方法具有流程繁琐、工作量大、监测精度低等不足,为此,提出了一种基于量子神经网络拟合法的矿区地表变形监测方法。该方法通过将矿区监测点x、y坐标作为神经网络输入层神经元,将监测点的高程异常量（ξ）作为神经网络的输出层神经元,经多次迭代获得最优解。基于某矿区GPS监测数据,分别采用二次多项式拟合、BP神经网络拟合以及所提方法进行对比试验,并引入内、外符合精度作为各方法拟合精度的评价标准,结果表明：对于不同分布的监测点以及不同数量的监测点,所提方法相对于其余2种方法而言具有较高的内、外符合精度及较小的残差,对于提高矿区变形监测精度有一定的参考价值。     

基于高分一号数据的矿山遥感监测——以会理多金属矿区为例

利用遥感技术,以会理多金属矿区为研究区,以国产卫星高分一号卫星影像为数据源,探讨了高分一号卫星影像在15万矿山开发遥感监测中的可行性。通过对高分一号遥感图像的几何纠正精度、图像融合质量、遥感解译标志、制图精度进行分析,高分一号影像完全满足15万矿山开发遥感监测的需要。通过利用总结的矿山开采遥感信息提取技术方法和建立的遥感解译标志,快速提取了研究区内矿山分布和开采信息,较全面准确地掌握了区内矿产资源开发现状与矿山环境状态。在监测中使用高分一号卫星影像,既提高15万矿山开发遥感调查的监测频率,也降低了监测成本。     

全站仪在矿区三维监测中的应用研究

针对矿区变形监测的特点，应用计算机模拟分析和试验研究相结合的手段，分析研究了用全站仪进行矿区三维变形监测的特点，使用范围和测量精度。三维变形精度比二维的精度高，而且较均匀。     

山区开采地表动态移动变形规律

我国约有1/3的煤矿位于山区,开采造成的山区地表移动变形与平原地区有较大区别。为探究山区开采地表移动变形的时空特征,揭示山区开采地表动态移动变形规律,首先通过分析山区地表移动变形特征,确定了山区开采滑移影响函数,并应用叠加原理构建了顾及山区地形与平原因素的山区地表移动变形预计模型;然后结合Knothe时间函数,推导了山区开采地表动态移动变形预计公式;最后分析了正坡、反坡2种模型的地表动态移动变形规律。采用山西某矿的现场实测数据对山区地表移动变形预计模型进行了验证,取得了较好的一致性。山区开采地表动态移动变形规律的分析,为最大限度确保矿区地表建（构）筑物免于地表动态移动变形破坏提供了技术依据。     

基于DS-InSAR的西部矿区地表时序沉降监测与分析

针对常规时序合成孔径雷达干涉测量（Interferometric Synthetic Aperture Radar ,InSAR）技术在西部矿区受高原堆积型沙丘地貌的影响难以获取足够数量的监测点,无法完整提取矿区地表形变信息的问题,以西部矿区内蒙古石拉乌素煤矿为例,基于覆盖研究区域的52景Sentinel 1A数据,利用一种针对西部矿区高原堆积型沙丘地貌的基于分布式目标InSAR（Distributed Target InSAR ,DS InSAR）的时序地表形变监测方法,获取了2016—2018年研究区域采动引起的地表形变时空分布信息。研究结果表明：在监测时段内矿区地表出现了2处明显的下沉盆地,盆地内垂直方向最大累计沉降超过400 mm;与常规时序InSAR方法相比,该方法可在研究区域内获取更多数量空间分布均匀的监测点,从而更加准确地提取研究区域的面状地表形变信息。与水准实测数据对比结果显示,二者相关系数为0.97,二者间绝对误差较小且误差整体分布合理,表明该方法具有较高的可靠性,能够很好地应用于西部矿区高原堆积型沙丘地貌特征下非充分采动时的地表形变监测。