InSAR/GPS在矿山开采沉陷变形监测中的应用研究

文中以现代迅猛发展的合成孔径雷达干涉测量(InSAR)为背景,根据其数据在变形监测中的优势及缺点,提出了一种基于InSAR和GPS之间的互补性,且由InSAR和GPS数据融合的组合系统。该系统能有效提高变形监测精度,特别是在矿山开采沉陷变形监测中的应用,具有非常好的精确性和可靠性。通过对合成孔径雷达干涉测量(InSAR)和GPS原理的描述,及对两者数据融合的分析,对InSAR/GPS在变形监测中的应用前景作了有益的预测。     

InSAR技术监测矿山沉陷盆地技术研究

InSAR技术具有大面积、短周期、连续快速、高精度、高密度的监测特点,可以全天时、全天候工作,对微小变形具有高敏感度。在InSAR技术基础上发展出来的D-In SAR技术是获取矿区地表形变量的一种新方法。文中首先介绍了二轨法D-In SAR技术测量原理,结合GAMMA软件各模块的功能及相关程序,以某矿区某矿为实验区域,将获取的沉降信息与预测软件的预计结果进行定量分析,并与传统监测方法得到的沉降数据进行定量对比分析,两种方法的平均误差为8.97 mm,标准偏差为9.68 mm,监测结果大致相符,表明用D-InSAR方法监测能较好地反应地表沉降情况。     

基于DInSAR技术的矿山开采沉陷监测研究现状

合成孔径雷达差分干涉测量方法(Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar,DIn SAR)作为合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar,In SAR)方法的进一步发展,由于具有空间分辨率高、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。在对近年来该领域的最新研究成果梳理的基础上,首先对DIn SAR技术的基本原理,数据处理方法(二轨方法、三轨方法、四轨方法)的基本流程,以及相对于精密水准测量、GPS差分测量的优势等进行了分析;然后分别从最大可探测沉降量、卫星重访周期、影像分辨率等3个方面详细讨论了DIn SAR影像数据选择方法;最后就DIn SAR与GPS集成、DIn SAR与GIS集成的应用成果进行评述。得出以下结论:1多时相DIn SAR影像数据、矿山开采平面图、正射影像图、矿山地质水文数据等多源数据的融合,是提高DIn SAR矿山开采沉陷监测精度的有效方法;2加强DIn SAR-GIS矿山开采沉陷监测软件开发,进一步提高两者的集成程度,充分发挥GIS强大的空间分析功能,是下一步基于DIn SAR技术的矿山开采沉陷监测发展的一个方向。上述分析成果对于提高DIn SAR矿山开采沉陷监测精度具有一定的参考价值。     

InSAR技术在地形测绘中的应用

文中主要阐述了InSAR干涉雷达技术在地形测绘中的一些应用。首先介绍了InSAR干涉测量技术、差分干涉测量技术、永久散射体技术、极化干涉测量技术的原理与应用,并对目前SAR在地形测绘中存在的问题进行了分析,对应用的前景进行了展望。     

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。     

INSAR在地质灾害监测中的应用

文中综述了遥感卫星合成孔径雷达(SAR)干涉测量及差分干涉测量的基本原理.针对近年来国外InSAR在地质灾害监测方面的研究,重点讨论了有限数据条件下低相干地区地表形变监测关键问题.     

天地一体化地物变化监测与风险评估

外力破坏和地质灾害是威胁油气管道安全的两大隐患,传统的人工巡检和地基传感器监测方式存在一定的局限性。本文基于高分辨率卫星光学影像,通过利用多学科交叉、多领域前沿科技融合技术,深入分析和研究高分辨率遥感影像特点,研究多种优化的变化检测算法,构建了集多种算法于一体的自动变化检测软件,解决了管道沿线施工变化情况和工程车辆的自动检测,另外,该技术还可用于对高后果区内建筑物的变化进行定期统计更新。同时,本文基于星载合成孔径雷达(SAR)影像,采用InSAR方法分析了管道沿线的地质形变,并辅以卫星光学影像、气象、地基传感器、水文、地质等多源数据,建立基于卫星遥感的空天地一体化地质灾害监测体系和技术识别方法,实现地质灾害的天地一体化综合识别与预警。     

InSAR拓展和融合技术在矿山开采监测中的应用

对InSAR及其拓展技术和融合技术在矿山开采监测中的应用可行性进行了研究。通过分析,认为该技术在矿区的应用不只限于地表沉陷监测,而且还可在矿区尾矿石失稳效应及自燃监测、矿区地形图的修测补测、违法矿井开采监测等领域中发挥重要作用。由此可见,InSAR技术在矿山开采监测中的应用前景非常广阔。     

IBIS-L变形监测中低质量影像的分析去除探讨

地基合成孔径雷达干涉测量技术是基于星载SAR技术,近十几年才发展起来的地面主动微波遥感探测技术,主要应用于小区域范围的变形监测。相比于传统基于点的变形监测方法,具有监测范围广、获取信息量大;非接触式远程探测;全天时、全天候连续实施监测等优点。文中结合某边坡的实验数据,对IBIS-L获取影像进行了分析,初步结果表明IBIS-L变形监测过程受环境扰动较大,获取数据中存在质量极差影像,可利用平均相干系数阈值法和振幅离差指数阈值法结合进行去除。     

基于多轨道SAR的老采空区地表三维形变监测

为解决单一轨道DInSAR(Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar)技术难以获取地表三维形变,老采空区上方地基稳定性评价缺乏地表变形监测资料等问题,研究了一种基于多轨道SAR影像的老采空区地表三维形变监测方法。该方法利用2种卫星传感器PALSAR和ASAR拍摄的3个轨道SAR影像,采用传统的DInSAR技术获取地表3组视线向的地表变形。采用插值方法将3组地表变形归化到相同时间间隔。运用最小二乘原理将视线向变形分解到竖直、东西和南北方向以建立地表三维形变场。与地表14个水准点的实测数据对比结果表明:本文算法获取的地表竖向沉降均方根误差为±1 mm,优于传统忽略地表水平变形计算地表沉降的方法。     

GPS与InSAR结合技术在滑坡监测中的应用

合成孔径雷达干涉测量技术(1nSAR)应用于地面形变监测已经成为地质灾害研究热点。文中分析了InSAR技术在滑坡变形监测中的特点与技术优势,监测中GPS与InSAR的结合能够同时提高监测在空间域与时间域的分辨率;叙述了GPS与InSAR结合技术的理论与方法,说明利用干涉雷达结合GPS技术对滑坡进行监测是可行的,具有十分广阔的应用前景。     

基于改进MT-InSAR的日兰高铁巨野煤田段沉降监测

日兰高铁巨野煤田段农田遍布,合成孔径雷达干涉(InSAR)的时间失相干严重,可用于时序InSAR(MT-InSAR)分析的永久散射体(PS)稀少。将SAR数据限制在失相干影响较弱的10月至次年4月初并联合PS和分布式散射体(DS)有望解决该问题。然而,受限于SAR卫星的重访周期,仅采用10月至次年4月初的SAR影像会导致数据量变少。而当SAR数据较少、相干性较低时,难以准确估计协方差矩阵和相干矩阵,使得现有的DS相位估计方法误差较大。为此,提出了一种基于Fisher信息量的DS相位优化估计算法,利用Fisher信息量调节各干涉对的权重,抑制低相干干涉对的影响。通过模拟数据和真实数据验证了算法的可靠性和可行性。另外,构建了联合PS和DS的小基线(SBAS)干涉处理框架,在增加观测方程的同时保证干涉对的相干质量,从而实现形变信息的稳健估计。利用2020年10月至2021年4月间的Sentinel-1 SAR数据获取了日兰高铁巨野煤田段地表沉降,并结合已有的监测资料分析了地表沉降的成因及时空演化信息。研究结果表明：采用上述方法,能够根据10月至次年4月初的少量SAR数据监测高铁沿线沉降情况;...     

一种适用于开采沉陷的InSAR最大可检测形变梯度函数模型

由于时空失相干、大气延迟等因素的影响,InSAR技术的检测能力受限,无法保证任意矿区监测结果的有效性。若检测能力未知,使用InSAR技术将极易造成人力、物力资源的浪费。为有效判断InSAR技术是否适用于矿区地表形变区域探测,提出了一种适用于开采沉陷的InSAR最大可检测形变梯度(Maximum Detectable Deformation Gradient,MDDG)函数模型。首先通过分析地质采矿因素对开采沉陷的影响,选取矿区开采深厚比和下沉系数两个参数作为模型参数;然后基于不同分辨率、不同波长和不同入射角的SAR影像数据,采用数值模拟和回归分析方法,建立了水平煤层开采条件下的InSAR最大可检测形变梯度函数模型。为验证模型的可靠性,采用陕西大柳塔矿区2012年11月21日—2013年4月2日的13景TerraSAR卫星数据进行模型验证试验。研究表明:InSAR在该矿区的最大可检测梯度为0.008 56,相邻控制点间能够检测的形变量不超过0.171 2 m,采用地表观测站GPS数据作为参考形变值验证了上述结论;与现有模型对比,该模型检测精度更高,细化检测性能更为突出,且无需提前获取SAR影像,可为促进InSAR技术应用于矿区开采沉陷监测提供参考。     

三维激光扫描技术在桥梁监测中的应用

三维激光扫描技术作为新兴测绘科技,通过关注目标的无接触扫描,实现点云空间数据的高效获取,在实体建模、滑坡变形监测、古建筑保护等方面发挥重要作用。文中拟以激光扫描仪在桥梁监测中的应用为例,在分析扫描系统分类的基础上,将激光扫描仪与传统测绘方式进行对比,并探究了其在桥梁变形监测中的应用流程,为相关工程开展提供参考依据。     

基于光学影像匹配技术的地震形变监测研究

针对传统的水准和GPS地震形变监测空间分辨率低、In SAR地震监测易受失相关影响的问题,开展了基于Landsat8光学影像匹配的地震地表形变监测理论与方法研究,提出了一种监测地震形变的新方法。以巴基斯坦发生的7.7级地震为例:采用两幅遥感影像进行精确的配准和正射校正;利用相关技术找出两幅影像的同名点;在同名点处获得对应像素在方位向和距离向的偏移量,去除系统偏移量后,准确获得了巴基斯坦地震的地表形变量;证明在地震变形监测过程中光学影像匹配技术具有巨大的应用潜力和前景。     

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。     

Radarsat-2在重庆土地利用遥感监测中的应用研究

对Radarsat-2影像的成像特性、预处理方法进行了研究,并利用Radarsat-2影像和IRS-P6影像进行基于光谱特征变异法的土地利用动态遥感监测试验。通过实地调查、实测等方式对发现提取的变化图斑进行精度水平分析,评价了Radarsat-2卫星影像在重庆地区土地利用动态遥感监测工作中的应用潜力,为SAR卫星遥感数据在重庆地区的应用进行了有益的探索。     

基于 InSAR 技术的开采沉陷影响边界划定方法

开采沉陷影响边界(沉陷边界)是地表建(构)筑物损害鉴定的重要依据。 传统沉陷边界划定方法大都 依赖于矿区地面实测沉降或地下开采进度等资料,对于缺乏地表实测资料的矿区则难以采用传统方法划定沉陷边 界。 合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术可通过存档的 SAR 影像“回溯”矿区高空间分辨率历史变形信息,为不依赖 矿区实测资料的沉陷边界划定提供了新契机。 然而现有的 InSAR 沉陷边界划定方法通常以忽略地表东西向和南北 方向水平移动的矿区 InSAR 沉降为基础,采用下沉 1 cm 等值线作为阈值划定沉陷边界。 该方法未顾及 InSAR 观测误 差差异,导致其划定的沉陷边界可靠性不高,容易“误导”开采损害鉴定。 为克服该局限,提出了一种全新的基于 InSAR 技术的开采沉陷影响边界划定方法。 首先,仅忽略 InSAR 不敏感的南北向水平移动分量,通过融合升降轨 InSAR 观测值获取矿区历史沉降,提高 InSAR 沉降监测精度;其次,以非形变区监测值为样本自适应评估 InSAR 开采沉陷估 计值的整体精度;然后以不同的置信区间为指标选取等值线阈值,并据此划定矿区沉陷边界;最后通过模拟试验和唐 山某矿区的真实数据试验进行了方法验证。 试验结果表明:以 99%置信区间(约 2. 58 倍 InSAR 沉降标准差)为阈值 划定的 InSAR 沉陷边界与参考边界较为接近。     

基于D-InSAR技术的公路采空区变形监测

利用某高速采空区的ALOS卫星6景PALSAR数据,采用二轨差分干涉处理的数学模型,在完成图像的配准、重采样、去除地形相位、滤波和相位解缠之后,获取了高速公路采空区D-InSAR条带变形时间序列,并与实测数据进行了比较,将InSAR数据进行改正,结果显示D-InSAR用于公路采空区变形监测是可行的,具有广泛的应用前景。     

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...