基于SAR技术的开采沉陷全盆地分区形变提取方法北大核心

针对合成孔径雷达差分干涉测量(DInSAR)和偏移跟踪(Offset-Tracking,OT)技术在沉陷盆地边缘小形变和中心大形变交汇区域适用性低的问题,提出1种融合累积DInSAR和自适应OT的开采沉陷全盆地分区形变提取方法;该方法以相干系数和地表形变梯度为阈值,将矿区开采沉陷盆地划分为3种不同形变量级区域。以大柳塔煤矿52303工作面开采沉陷盆地为研究对象,结合同期现场实测数据对比验证,采用融合方法得到的中等量级形变监测结果均方根误差(RMSE)小于0.05 m,研究区地表完整形变RMSE小于0.11 m。融合方法为实现矿区开采沉陷盆地进行精细监测提供1种新的路径。     

S1306工作面开采沉陷“天-地”协同监测方案研究

厚煤层综放开采条件下的地表沉陷规律呈现新的特征,仅获取地表点状形变信息的传统沉陷观测站已很难满足地表形变监测的需求。文章以古城煤矿S1306工作面的开采为研究背景,对地表沉陷“天-地”协同监测的技术方案进行设计,以获取更为丰富的地表形变信息,为后续沉陷规律的研究和预计参数的反演提供数据基础。研究成果对矿区地表相关设施的影响分析、保护煤柱留设、生态环境修复等亦具有重要的现实意义。     

利用差分干涉测量技术监测煤矿区开采沉陷变形的初步研究

近年来,差分干涉测量技术（D-InSAR）越来越多地被应用于地表沉陷变形监测方面,如地震、地下水过度开采等造成的地表形变,地下煤炭资源开采所造成的地表形变具有影响空间范围小、沉降速度缓慢的特点,而差分干涉测量的精度又易受大气、时间和空间基线等因素的影响,因此,利用D-InSAR对煤炭资源开采沉陷所造成的形变进行监测,具有更大的难度。为了验证D-InSAR技术对于该类沉陷的监测能力,选择了地表观测记录资料较为翔实、沉陷灾害比较严重的山西潞安矿区作为研究区域。结果表明,利用D-InSAR技术可以比较容易地确定地表沉陷的位置和分布范围,具备监测采煤沉陷地表变形的能力。下一步的研究,是希望建立基于D-InSAR技术的稳健、经济、高效的煤矿区开采沉陷变形监测系统。     

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。     

基于多源遥感监测的煤矿开采沉降及矿区环境变化分析

煤矿的开采会导致地面下沉、塌陷，从而对植被、农作物等矿区环境造成影响。采用多源遥感手段，对矿区地表变化及矿区环境及时监测具有重要的作用。由此，以平顶山煤矿为例，采用InSAR技术，使用43景Sentinel-1A影像获取煤矿开采区的形变情况；针对因煤矿开采而导致的地表环境变化，采用Landsat 8光学影像使用支持向量机和随机森林方法提取地表覆盖情况。研究结果表明：D-InSAR技术可以快速判断沉陷区域的大致范围，而Stacking-InSAR和SBAS-InSAR技术则可以反演出研究区的形变速率和时序形变数值，在研究内区形成量级、范围大小不一的沉降漏斗，耕地面积的变化与煤矿的开采力度呈负相关、植被的面积从减少到增多。此结果对煤矿开采区的沉降范围、形变数值及生态环境修复具有一定的参考意义。     

煤矿开采地表沉陷UAV-摄影测量监测技术研究

西部矿区开采地表沉陷大多呈变形速度快、损害程度深、波及范围广的特点,常规观测站已无法适应其高强度开采地表损害监测任务。如何快速、准确、全面地监测煤矿高强度大规模开采引起的地表沉陷与环境损害是矿山企业面临解决的一个关键问题。采用无人机(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)摄影测量技术对西部高强度开采的矿区进行地表沉陷监测,给出了基本思路和方法,并以内蒙古鄂尔多斯某煤矿为例进行了应用研究,通过与水准对比评定了UAV摄影测量建立的数字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)和沉陷盆地的精度。研究结果表明：UAV摄影测量技术获取的DEM精度为228 mm,沉陷盆地精度为81 mm,沉陷盆地精度为比DEM高程精度提高了64.5%;反演得到的下沉系数与水准求参结果相比,相对误差为1.4%;UAV摄影测量技术可以快速获得地表丰富的遥感影像数据,并可求出“面状”全盆地沉陷数据和可靠的沉陷参数,为矿区生态环境监测以及后续的生态修复和土地复垦提供支撑,研究成果可以为多数西部煤矿开采地表损害监测提供有效手段。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

浅析D-InSAR在煤矿开采沉陷监测中的应用

文章通过分析合成孔径雷达差分干涉测量(D-InSAR)技术在矿区的应用,为矿区开采沉陷监测怕进一步研究和应用提供新的技术方法,从而弥补常规沉陷监测技术的不足,为开采沉陷预计等提供更多数据。该文分析了国内外合成孔径雷达干涉测量(InSAR)和D-InSAR技术发展及其在矿区地表沉陷监测中的应用成果和存在的问题,提出一些解决方法,并为实现煤矿区开采沉陷实时动监测等提供技术支持。     

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。     

矿区地表变形量的D-InSAR测量方法研究

分析D-InSAR用于矿区地表沉陷监测面临的问题,把煤矿区开采沉陷的特点和D-InSAR技术的适用条件结合起来,从而给出D-InSAR用于煤矿区开采沉陷监测的理论依据和具体条件,提出以D-InSAR数据为数据源计算变形量的思路和方法。     

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。     

D-InSAR监测煤矿区采动地表移动变形规律研究

煤炭开采引起的地表沉陷灾害对矿区资源和生态环境造成了严重的破坏,为了研究其采动地表移动变形规律,论文以荆各庄矿为实验区,采用2004年11月至2006年3月的7景ENVISAT ASAR影像,利用两轨差分D-InSAR方法提取了研究区的动态下沉曲线和下沉速度等值线,分析了荆各庄矿区的采动地表移动变形情况。研究表明:荆各庄矿区在20041121-20050410时段累积最大沉陷量为60 mm,沉降速率最大值为20050130-20050306时段的1.68 mm/d,该时段沉陷形变处于危险形变阶段。该结果为指导矿区建筑物、铁路等基础设施建设和防灾减灾工作提供了数据支持,具有一定的参考价值。