基于SBAS技术的概率积分法矿区沉降量提取模型

基于矿区开采沉陷具有沉降速度快、量值大的特点,针对使用合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术难以正确获取煤炭开采引起的地表下沉的全盆地信息的问题,提出了基于小基线集(SBAS)技术的概率积分法(PIM)获取矿区沉降量的方法。试验以陕西某矿52304工作面为例,首先采用SBAS技术得到下沉盆地边界,然后结合少量SBAS获取的边界点和RTK监测点(沉降量≥300mm)反演概率积分法参数及下沉盆地,最后将反演的盆地中心与SBAS获取的边界融合,完成了地表沉降的全盆地信息的提取。结果表明:52304工作面走向、倾向最大沉降量相对误差分别为0.2%、6.0%,该方法可以有效地解决In SAR技术无法监测矿区大梯度沉降问题,为In SAR技术在矿区开采沉陷监测提供了新的用途。     

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。     

免像控无人机摄影测量开采沉陷监测方法研究

针对常规全站仪等传统监测方法在矿区沉陷监测中存在的监测周期长、劳动强度大等问题,以山西 某矿区为例,利用免像控无人机摄影测量技术在短期内采集研究区 5 期影像数据,通过对内业数据处理成果密集 匹配点云进行滤波和插值处理得到每期的 DEM 数据,将两时段的 DEM 相减得到矿区地表沉陷盆地,并利用实测数 据对其进行验证。首先分析了监测期间动态沉陷盆地的发展过程,将全站仪实测与无人机沉陷 DEM 提取的下沉 曲线进行对比,计算均方根误差;其次分析了无人机监测的误差来源以及减小误差的方法;最后提取工作面主断面 数据进行多项式拟合,验证拟合后曲线最大下沉值的精度,讨论了开采工作面主断面方向的累计沉降特征,总结了 工作面开采沉陷规律。研究表明：时序无人机摄影测量沉陷数据与同时期的全站仪实测数据对比,平均均方根误 差为 150 mm,拟合曲线的最大下沉监测精度最优值与实测值相差仅 20 mm;随着工作面的推进,地表累计沉降值增 加,矿区沉降总体趋势体现出下沉盆地特征,并且沉陷盆地的发展过程符合开采沉陷规律;免像控无人机摄影测量 技术可以有效监测矿区开采地表沉陷,为无人机摄影测量在矿区开采沉陷监测中的推广应用提供了技术支撑。     

采动期间高等级公路DInSAR监测及损害治理

为了评定采动期间地表沉降对采空区上方高等级公路的破坏程度,采用合成孔径差分干涉测量(DInSAR)的技术,利用南屯矿区10景TerraSAR-X卫星数据,对位于老采空区上方的高等级公路在重复采动条件下的沉降情况进行监测。获取了监测期间的开采沉陷时序关系图,这是传统测量方法难以达到的。通过提取出高等级公路时间序列上的下沉值,并基于此值对邹济高等级公路进行损害程度评定,研究表明:公路在监测期间内最大下沉值达到210 mm,最大水平变形为3.1 mm/m,最大曲率为0.046 mm/m2,最大倾斜为3.175 mm/m,使公路产生裂缝、隆起,属于轻微损害,针对损害特征给出了相应措施。     

基于多阈值目标提取的时序InSAR矿区地表沉降监测研究

传统SBAS-InSAR方法进行地表沉降监测时需人工选取目标点的方法进行轨道精炼与沉降反演。但在环境复杂的矿区,很难通过人工选取到稳定的目标点,使得其应用存在诸多局限性。因此提出一种基于多阈值目标提取的SBAS-InSAR矿区地表沉降监测方法,在SBAS-InSAR技术的基础上,设定离差阈值参数,区域窗口阈值参数与相干性阈值参数来提取地面较为稳定的目标点。将该方法与传统SBAS-InSAR方法应用到实际案例中,获取研究区地表沉降监测结果进行时序分析并对比验证。研究结果表明：①矿区内存在三处开采沉陷区,且开采沉陷区位置与该煤矿开采工作区一致,最大年平均沉降速率为-156 mm/a,最大沉降量为-376 mm。②两种方法矿区沉降绝对平均差值不超过12 mm,说明多阈值目标提取的SBAS方法可有效克服传统SBAS-InSAR存在的局限性,同时还能保证较高的精度,在矿区地表沉降监测中更具有优势。     

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。     

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。     

基于UAV摄影测量技术的开采沉陷全盆地建模和求参北大核心

以内蒙古唐家会矿区为研究对象,获取该地区2020年8月与2021年3月无人机摄影影像数据,并制作生成DEM,将2期DEM数据相减获取该地区下沉盆地,用BP神经网络算法作去噪处理,并对比不同去噪方法的去噪效果;利用全盆地下沉数据,融合模拟退火算法(SA)与概率积分参数反演方法,求出该下沉盆地下沉系数与主要影响角正切;利用该参数模拟下沉盆地,计算出测量中误差为589 mm,占最大下沉值8.1%;最后对参数作抗差分析,在测量中误差占(1%~10%)最大下沉值时,求参结果可靠。结果表明:BP神经网络算法能够有效去除盆地内噪点,提高下沉盆地的精度,基于SA和矿区全盆地数据能够有效求取概率积分参数,弥补无人机精度不高带来的影响。     

基于SBAS技术的采动区形变对建筑物的影响监测

针对DIn SAR技术易受时空失相关、大气相位延迟等影响的问题,应用小基线集(SBAS)技术对9景ALOS PALSAR数据进行处理,获取了采动区中村庄区域在2007-2011年的累计沉降量。结果表明,在影像获取的时间段内该区域最大下沉值超过800 mm,SBAS监测结果小于600 mm沉降值与水准测量值具有较高的相关性0.98,最大相差19.8 mm;根据测量点的时序沉降分析,应用SBAS技术监测矿区移动盆地边界及建筑物区域地表移动临界倾斜值所在区域是可靠的。     

基于SBAS-DInSAR的大宁矿区多工作面开采地表沉陷规律研究

针对常规DInSAR监测方法对多工作面开采沉陷预计难度较大的问题,以大宁矿区为例,利用小基线集技术对研究区9景PALSAR数据进行时序处理,去除轨道误差、残余数字高程模型误差和大气延迟误差,得到研究区沉降速率图、时序累计沉降图,并利用实测数据对SBAS-DInSAR的反演结果进行验证。首先分析了2007年1月—2008年7月的矿区地表沉降速率;其次选择了沉降范围较大的研究区东部P101、P102、P103工作面作为研究对象,分析正在开采的工作面对已采工作面的影响;最后讨论了开采工作面走向和倾向方向观测点的累计沉降特征,总结了矿区多工作面开采沉陷规律。研究表明:矿区开采工作面上方地表发生的沉降范围广、速率快,在多工作面开采作业条件下,相邻工作面的开采会使已采工作面上方的地表移动衰退期延长,且随着时间的推移,地表累计沉降值增加,矿区沉降总体趋势体现出下沉盆地特征;SBAS-DInSAR技术可以有效监测矿区多工作面开采地表沉陷,可为类似矿区开采沉陷高精度监测提供参考。