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。     

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。     

红柳林煤矿采空区地面沉陷InSAR监测与分析

陕北红柳林煤矿地下开采造成了严重的地面沉降问题，为了进一步大范围地监测地面沉降问题，防治地面塌陷灾害发生，对红柳林煤矿的地面沉降监测方法进行研究。经综合对比分析并结合该矿区的沉降特性，选择了基于SBAS-InSAR技术采煤沉陷区监测方法。利用2021年8月—2022年6月覆盖研究区的21景Sentinel-1A数据进行时序差分处理，得到覆盖红柳林煤矿采空区的沉降分布特征和沉降量级，并对提取的形变结果进行剖线分析和特征点分析。研究结果表明：红柳林煤矿15216工作面在监测时间内发生了明显的沉降现象，且随着回采进度的进行沉降量级和沉降范围逐渐增大，其中，最大年平均沉降速率达到了-0.30 m/a，最大累积沉降量达到了-0.22 m。对地表沉降与地下开采进度的相关性进行分析，发现地表沉降与地下开采进度有较强的相关性，主要表现为开采后至发生地面沉降约有两个月的滞后期。研究结果符合开采沉陷规律，可以为矿区地面塌陷防治提供技术支撑。     

基于SBAS-InSAR的矿区村庄地面沉降监测与分析

矿区地下开采会造成周边地区不同程度的地面沉降,引发安全隐患,InSAR技术是地面沉降监测的重要手段之一。基于31景Sentinel-1A影像,利用SBAS-In SAR技术,去除了地形误差、轨道误差及大气延迟误差,获取了研究区2016—2017年的地面沉降变形场。研究表明:研究区整体沉降速率在20 mm/a以上,最大沉降速率达到50 mm/a;区域整体沉降量在30 mm以上,最大沉降量达到60 mm。在研究区内沉降量依次从小到大分布的一条观测线上选取了6个观测点进行时序分析,发现沉降值和时间(观测间隔)呈线性变化关系,且随着沉降值逐渐增大,对应的沉降值与时间越符合线性关系.将SBAS监测值与实测数据进行对比分析,发现SBAS监测值与实测数据之间的误差均在20 mm以下,大部分监测点之间的误差均小于10 mm。上述研究进一步表明:采用SBAS-InSAR技术进行由矿区地下开采活动造成的地表沉降监测是可靠的,具有较好的应用前景。     

基于PS-InSAR技术的珠海市地面沉降监测分析

珠海市是珠三角地区地面沉降较严重地区,有必要开展地面沉降监测以掌握其变化特征。采用PS-InSAR方法计算珠海市2017年3月—2018年4月的Sentinel-1卫星影像数据,通过形变监测分析提取地面沉降空间分布和沉降速率等信息。分析结果表明,珠海市主要有斗门区白蕉镇—西部中心城区和平沙2个地面沉降区,与实地调查现状基本一致,说明基于PS-InSAR技术的地面沉降监测成果可信。     

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。     

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。     

双轨DInSAR矿区地面沉降监测能力分析

利用双轨DInSAR及GIS空间分析工具对郭屯煤矿4景C波段Sentinel-1A SAR影像进行精细处理,获取该煤矿2015-11-27—2016-03-02期间的矿区地面沉降情况;与矿区工作面以及同时期水准监测数据进行定性和定量对比分析,提出一种新的DInSAR与水准监测结果对比分析验证方法,解决DInSAR与水准监测时间不一致的问题,然后综合利用相对误差与绝对误差对DInSAR地面沉降监测精度进行验证,避免仅通过绝对误差验证DInSAR结果时出现的弊端。结果表明:C波段双轨DInSAR能实时监控由于地下开采以及采空区残余形变引起的地面沉降,其监测的沉降位置及范围与矿区实际开采工作面相符,且沉降变化趋势与工作面开采进度一致;相干性较高的情况下,DInSAR技术在空间上可以准确探测出与水准监测相符的地面沉降变化情况,监测精度可达cm级。     

基于SBAS-InSAR的窑街煤矿开采沉陷研究

基于SBAS-InSAR技术,利用84期Sentinel-1A数据,对窑街煤矿矿区2014年10月至2018年9月期间地表形变进行监测,获取研究区时间序列地表形变信息。研究发现矿区范围内存在三处开采沉陷区,提取沉陷影响面积,并对时序沉陷规律进行分析。最大累积沉陷值达到350 mm,沉陷中心区最大年平均沉陷速率约为200 mm/a,沉陷区位置与煤矿开采工作区一致。研究表明SBASIn SAR技术可以有效应用于开采沉陷区的识别与监测,为采空区灾害的预防及治理提供技术服务。     

基于SBAS-InSAR时序分析技术的兖州矿区沉降监测与分析

针对InSAR技术受空间和时间基线的限制,多数情况下难以获得连续沉降场的问题,基于SBAS-InSAR时序分析技术,以兖州矿区为实验区,对2008年1月20日至2010年9月26日C波段的ASAR数据进行处理,获取了兖州矿区的地表形变信息,生成了沉降图及其平均沉降速率图,直观地反映了矿区地面沉降过程,并对结果进行了分析。结果表明,SBAS-InSAR时序分析技术可以有效地解决时空失相干问题,为矿区地表监测提供了可靠的技术支持。     

基于PSInSAR技术的老采空区地表沉陷监测与分析

地面沉降是矿区采空区主要地质灾害之一,利用PS-InSAR技术对覆盖广西平南锡基坑铅锌矿的21景Sentinel-1数据进行处理,绘制出地表沉降量分布云图、等值线剖面、观测点沉降速率变化曲线。与传统方法相比,PS-InSAR技术大大提高了地表沉降研究的直观性、整体性及预测性。通过数值模拟技术对PS-InSAR技术获得的监测结果进行验证,结果显示:运用PS-InSAR技术获得的采空区沉降区域与数值模拟计算所得的薄弱区域基本一致;运用PS-InSAR技术获得的采空区沉降数据可以为地表沉陷防治、沉降规律总结及采空区治理提供支持。     

五龙沟矿区时序InSAR地表形变监测

矿区资源开采引发的环境地质问题日益突出,地表形变监测可对矿业开采沉降进行有效预估,最大限度地降低地表沉降带来的损失。五龙沟矿区作为青海省重要的矿产地之一,对其进行形变监测具有重要意义。传统D-InSAR技术易受时空去相干和大气相位延迟限制,导致形变监测失效,而SBAS-InSAR技术则能突破上述限制条件,获得毫米级的地表形变特征。因此,本文选取覆盖该区域的2017—2019年30期Sentinel-1A降轨数据,采用时序InSAR技术对该矿区进行地表形变监测,最后从整体形变、形变速率、形变量等方面进行时序分析。实验结果表明:矿区的整体形变不大,其平均沉降速率为-1.40mm/a,最大年平均沉降速率为-11.8mm/a,最大形变量为-21.7mm。矿区范围内存在两个主沉降区,其中沉降区A呈漏斗状,沉降区B呈条带状,随着时间的推移均有明显向外扩张趋势。监测结果可为矿区后期防护治理与安全生产提供参考资料。     

基于GEE和多维特征集的锡林浩特露天矿区近30 a土地利用分类

随着矿产资源的不断开采,矿区地表土地利用会发生频繁的变化,快速获取矿区开采过程中长时间序列连续的土地利用分类结果对于矿区土地治理与生态重建具有重要意义。基于Google Earth Engine (GEE)遥感云平台,对Sentinel-2和Landsat数据从光谱特征、纹理特征、地形特征3个方面构建多维特征集,采用随机森林算法分别建立了不同特征模型并测试精度以筛选出适合矿区场景的最优分类模型。以锡林浩特市露天矿区为研究区,开展了近30 a(1991—2020年)长时序土地利用分类研究。结果表明:(1)基于GEE遥感云平台,能够高效、快速、准确地提取研究区1991—2020年近30 a的土地利用分类结果;(2)光谱特征对分类精度具有决定性作用,融入纹理特征和地形特征能够有效提高矿区土地利用分类模型精度;(3) Sentinel-2数据特有的红边波段对植被具有较高的敏感性,能有效提高分类精度。长时间连续的监测结果能够有效了解锡林浩特市露天矿区土地利用的变化情况及规律,为进一步分析人类生产生活和环境变化对土地利用的影响提供了坚实的数据支撑。     

融合D-InSAR与PS-InSAR的神东矿区开采沉陷监测方法

针对神东矿区地表变形区域多、分布范围广等问题,采用常规合成孔径雷达差分干涉测量技术(Different Interferometric Synthetic Aperture Radar,D-InSAR)对矿区地表变形区进行了大范围筛查,同时结合永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术(Persistent Scatterer Interferometric Synthetic Aperture Radar,PS-InSAR)监测地表变形区的长时间序列变化特征。结合2016年10月—2017年6月获取的神东矿区北部鄂尔多斯地区21景Sentinel-1影像,采用D-InSAR技术进行处理,获取矿区地表变形信息,揭示矿区地表变形在时间与空间上的演变过程。研究表明:利用差分干涉图共解译出了35处较为明显的地表变形区域,结合PS-InSAR技术获取的变形图,通过影像解译和实地调查,认为造成地表变形的主要因素为露天矿开采造成的边坡失稳和煤矿地下开采引起的地表塌陷,此外,通过D-InSAR技术监测到的变形区与实地调查结果吻合性较好,表明采用该技术进行矿区地表变形监测与分析效果较好。     

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技术和改进GM（1，1）模型的矿区沉降监测与预计

针对矿区地下资源大规模开采引发的地表沉陷，以淮北矿业集团袁二煤矿为试验区，联合合成孔径雷达差分干涉测量（D-InSAR）技术与灰色模型（GM（1，1）），建立了描述下沉量与时间关系的改进灰色模型，实现了地表沉降监测和预计的一体化。首先，基于哨兵一号A卫星（Sentinel-1A）影像，采用D-InSAR技术监测地面动态沉降过程，获得了2017年11月16日—2018年1月27日期间的时间序列沉降形变图；然后，依据所获取的各时间序列沉降量，建立了改进GM（1，1）的补偿最小二乘法估计半参数模型（BGM（1，1））和赋相对权重的补偿最小二乘法估计半参数模型（WGM（1，1））方程，实现了沉降值的拟合与预计。试验表明：D-InSAR技术在矿区地面沉降动态监测中具有明显优势，且其监测精度达毫米级；BGM（1，1）和WGM（1，1）预计模型均可弥补经典GM（1，1）模型的不足，结合WGM（1，1）预测的4个试验点的相对误差为1.99%~26.64%，可为矿区地面沉陷动态监测以及后续治理提供理论依据，具有一定的预警作用和借鉴意义。     

高潜水位煤矿区地表沉陷信息提取方法研究

准确、快速、高效地获取采煤沉陷信息对矿区土地复垦具有重要意义,尤其是针对极易形成大面积的地表沉陷积水区以及非积水区的高潜水位煤矿区,土地复垦工作更为严峻。以高潜水位矿区——鲍店煤矿为研究对象,结合并改进水体和非水体提取方法,获取整个矿区的地表沉陷信息。在改进归一化水体指数(MNDWI)的基础上,针对采煤沉陷水体边缘易于和水体信息混淆的特点,提出了增强型改进归一化水体指数(E-MNDWI)。利用Landsat 8数据通过E-MNDWI提取沉陷积水区域;利用哨兵1号A星数据(Sentinel-1A),通过小基线集技术(SBAS-In SAR)提取出沉陷非积水区域;最后进行克里金插值获取矿区下沉量为10 mm的等值线。结果表明:利用E-MNDWI提取沉陷水体精度较高,Kappa系数为85.07%。鲍店矿区西部基本达到稳沉状态,东部地表沉陷较为明显,南部地表略有抬升。监测期内矿区最大地表平均下沉速率为41.69 mm/a,最大下沉量为85.16 mm。截至2017年矿区因采煤造成的沉陷区域面积共10.1 km2,其中沉陷积水区为4.6 km2,非积水区域为5.5km2。选取若干基准点验证沉陷非积水区的提取结果,得到决定系数R2为0.92。利用多源多时相数据,结合多种方法获取矿区沉陷信息,可为煤矿城市生态修复和土地整治复垦提供理论依据,并为今后快速高效监测采煤沉陷区地表形变提供新思路。     

基于DS-InSAR的矿区铁路线沉陷监测与规律分析

为了克服传统测量方法在获得矿区地表变形时成本较高等缺陷,实现矿区开采沉陷高效监测,采用DS-InSAR技术处理覆盖研究区域2018年11月至2019年11月间的30景Sentinel-1A卫星影像,通过最大似然估计迭代优化原始干涉图,并联合图像中的永久散射体和分布式散射体两类目标,获得矿区地表及铁路沿线的形变规律。结果表明:采用最大似然估计的DS-InSAR技术能有效优化原始干涉图的相位,克服失相干影响,从而显著提升高相干性像元数量数目与形变解算质量;监测结果显示,矿区铁路在工作面采动期间持续发生形变,最大沉降值为271mm,最大倾斜值为0.82mm/m;根据铁路沿线沉降结果,求得最优概率积分预计参数:q=0.79,tanβ=1.63,s=0,θ_0=79°。     

徐楼铁矿地面沉降成因及预测

为深入分析徐楼铁矿地表沉降成因,预测矿区地面沉降规律,首先分析了该矿一期采矿工程地面沉降的发育现状,然后从围岩应力场、矿体赋存条件、矿区地下水疏排、区域地质构造、采空区充填等方面对矿区地面沉降成因进行了讨论,最后基于矿区现有的工程地质资料及地面沉降监测资料,采用概率积分法和曲线拟合法预测了矿区地面沉降范围及沉降量,并对预测结果进行了分析。结果表明：①该矿区地面沉降是围岩应力场、矿体赋存条件、矿区地下水疏排、区域地质构造、采空区充填等因素共同作用的结果;②概率积分法预测的采空沉陷区面积约0.22 km2,矿区主井、副井、风井及采矿工业场地大部分位于预测采空塌陷区内,可能引发的采空区塌陷灾害危险性较大;③曲线拟合结果与实测数据较吻合,可较好地反映矿区沉降的实际情况,精度较高。上述结果进一步表明：近年来,矿区地面沉降量和沉降范围呈剧烈加速的趋势,实测沉降影响范围及沉降量远小于预测结果,可见地表仍有一部分建（构）筑物及设施位于预测沉降范围内,此外,随着二期采矿工程的全面展开,矿区地面沉降量及沉降范围在短期内仍会继续增大。     

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。