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。     

SBAS-InSAR干涉技术在滑坡早期识别中的应用研究

为了得到滑坡灾害形成前的形变规律,实现对滑坡灾害的超前预警,采用SBAS-InSAR干涉技术成功获得了黄泥坝子滑坡前的坡表形变场,通过InSAR分析滑坡时序变形结果,并对滑坡体不同监测点位移变化分析和对滑坡前的坡表变形机制进行研究,得到了滑坡时形变的阶段性和破坏机制,验证了SBAS-InSAR干涉技术在滑坡早期识别预警应用的有效性。     

基于SBAS-InSAR和偏移追踪技术的露天煤矿地面形变监测北大核心

利用基于StaMPS的SBAS-InSAR技术,以安太堡露天煤矿为研究区域,对覆盖露天煤矿的33景哨兵升降轨数据进行时序干涉处理,提取了露天煤矿区7个月的地面形变信息,根据SAR卫星成像几何对斜距向形变信息进行分解,获取了数据采集时间段内露天煤矿的二维方向的累积形变量,计算的露天煤矿形变速率为-258 mm/a,在排土场发现较大的沉降中心,累积沉降量为134 mm;采用偏移追踪技术计算了露天煤矿失相干区域的大梯度形变,2种技术相结合可以较好地对露天煤矿不同梯度的形变进行监测。     

适用于露天矿时序形变监测的优化DS-InSAR 技术

露天矿形变监测对矿区安全开采具有重要意义。 针对常规监测手段存在的效率低、成本高、难以获取 某一地区内露天矿区大范围、长时序的地表形变特征的问题,提出了一种采用复相干矩阵分解法进行相位优化的优 化分布式目标 InSAR(Distributed Target Interferometric Synthetic Aperture Radar,DS-InSAR)时序地表形变监测方法。 该 方法在通过快速同质点识别算法 FaSHPS(Fast Statistically Homogeneous Pixels Selection,FaSHPS)提取同质像元的基础 上,采用复相干矩阵特征值分解法实现相位优化,融合永久散射体( Persistent Scatterers,PS)获取时序地表形变信息。 利用 50 景 Sentinel-1A SAR 影像,获取了 2020 年 1 月—2021 年 8 月辽宁省鞍山地区齐大山矿、大孤山矿、鞍千矿 3 个 矿区的时序地表形变特征。 结果表明:监测时段内大孤山矿、齐大山矿与鞍千矿共存在 5 处形变区,最大累积形变量 为-493. 43 mm,各形变区时序形变特征与露天矿开采活动高度相关;与常规时序 InSAR 技术相比,该技术有效提高了 获取的同质像元密度及可靠性,获取的监测点数量是后者的 1. 253 倍,点位空间分布更为均匀,获取的形变场更加完 整;两者相同点位形变量监测结果的相关系数为 0. 855 6,证明所采用的 DS-InSAR 技术可靠性较高,能够较好地实现 对露天矿区高精度、大范围、长时序的地表形变监测。     

雷达干涉测量对金川西二矿地表二维形变监测

针对矿区复杂的地表形变情况,基于Sentinel-1 A数据,结合SBAS-InSAR技术获得了升轨和降轨LOS向形变结果,并根据InSAR几何分解原理对甘肃省金昌市金川西二矿在2020.08.19～2021.06.27期间的地表进行监测,获取了该地区地表东西向和垂直向的形变结果.结果显示:研究区沿东西向的最大年平均形变速率达103.73 mm/y,垂直向的最大年平均形变速率达-135.88 mm/y.结合地下落矿区域对比分析,发现该区域的二维形变结果符合开采沉陷规律.     

采空区—滑坡—泥石流链式灾害隐患综合遥感识别与评价

地下开采易导致地面产生持续变形,并可能形成采空区—滑坡—泥石流链式灾害隐患,严重影响了采 空区及周边地区居民和设施安全。 目前对于灾害链的研究大都基于已发生的灾害开展回溯分析,对于链式灾害隐患 的识别和评估相对欠缺。 综合遥感技术能够有效识别地质灾害隐患,利用大比例尺航空摄影测量、时序 InSAR、机载 LiDAR 等手段开展了北京西山东江沟滑坡隐患识别及链式灾害隐患分析。 发现东江沟内发育 10 处中型滑坡,滑坡体 中上部普遍存在拉张裂隙,前缘发育崩滑,在 2016—2022 年间 LOS 方向的地表形变速率为 8. 1 ~ 30. 5 mm / a。 这些滑 坡成为东江沟的主要物源,强烈影响了“崩塌、滑坡及水土流失严重程度” “松散物储量” “泥沙沿程补给长度” “河沟 堵塞程度”等多项泥石流易发因子,使得东江沟暴发泥石流灾害的可能性由“中”提升为“大”。 研究表明:综合遥感技 术在采空区—滑坡—泥石流链式灾害隐患识别中是有效且可靠的,能够为矿区及周边地区灾害防治提供技术依据。     

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 SBAS-InSAR 技术的关闭矿井地表多维形变时空监测与分析方法

矿井关闭后,煤岩体在应力、地下水等多种因素的作用下发生风化劣化、强度降低,将改变废弃采空区 内破裂岩体的应力和承载能力,可能导致采空区地表发生二次形变或多次形变。 为探明矿井关闭后的地表形变规 律,以徐州东部矿区为例,基于 SBAS-InSAR 技术,提出了关闭矿井地表形变时空监测与分析方法。 利用 2015 年 7 月 6 日—2021 年 11 月 19 日的 171 景 Sentinel-1A SAR 数据,监测并分析了徐州东部矿区闭矿后 6 a 内的地表多维变形时 空演化规律。 研究表明:关闭矿区内地表最大沉降速率为-33 mm / a,累计最大沉降量为-219 mm;最大抬升速率为 36 mm / a,累计最大抬升量为 233 mm。 同时发现地表最大倾斜与曲率值分别达到 3. 6 mm / m 和-0. 19 mm / m2,已经超过 了建筑物允许变形值,需要对其进行加固和保持持续监测;此外还发现权台矿地表以抬升为主,抬升面积 6 a 内增加 了 9. 81 km2,旗山矿在闭矿后出现先下沉后抬升的过程,整体表现为抬升,面积由 8. 44 km2 上升至 15. 27 km2,其余 4 个矿区以沉降为主。     

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。     

矿区全尺度梯度地表形变监测的LEV-InSAR模型

针对合成孔径雷达差分干涉测量(D-InSAR)技术无法准确提取矿区大梯度地表形变信息这一问题,提出了一种融合水准数据的D-InSAR矿区全尺度梯度地表形变监测方法(Differential Interferometry Synthetic Aperture Radar Method Based on Leveling Data Fusion,LEV-InSAR),并以山西省长治市霍尔辛赫矿区3501工作面作为试验区域,以9景哨兵1号影像和部分同时期水准数据作为研究数据,采用LEV-InSAR模型对该区的地表形变进行了监测。试验结果表明:LEV-InSAR模型监测结果与观测线水准实测结果基本吻合,累计下沉误差最大为41 mm,其倾向线和走向线水准观测点均方根误差分别为10.2 mm和14.9 mm,平均相对误差分别为14.4%和26.6%。LEV-InSAR模型在一定程度上恢复了研究区内大梯度形变区域的形变量,实现了矿区全尺度梯度地表形变监测,验证了该监测方法的可行性和适用性。     

贵州省盘州市地质灾害防治技术研究

为了全力保障人民群众生命财产安全,最大限度避免和减少因地质灾害造成的损失,研究了贵州省盘州市地质灾害防治技术,分析了地质灾害现状,主要包括隐患点、灾情情况,大型、特大型地质灾害隐患情况,地质灾害趋势预测等;研究了重点区域防治工作,主要包括地质灾害调查评价、监测预警、应急管理体系建设及地质灾害综合治理工程,并分析了盘州市地质灾害防治措施及要求。此次研究维护了盘州市社会稳定,促进了经济发展。     

山西省阳城县上孔煤矿地质灾害预测分析及防治研究

阳城县上孔煤矿拟开采3、9、15号煤层,在开发利用过程中,为了改善矿山地质灾害的防治效果,采用矿区地表移动变形预测模型,预测地表移动变形。通过矿山采空区地质环境综合预测,预计地表最大下沉量6 88354 mm,并将其地质灾害影响程度预测评估分为“严重区”和“较轻区”。“严重区”影响范围4397 hm²,“较轻区”影响范围51525 hm²。通过矿山地质灾害预测分析,提高地质灾害的监测预警工作,并加强地质灾害防治工程,保护人民生命、财产损失,达到防灾减灾的目的。     

煤矿区域地质灾害时空分布与安全防治技术

为充分了解煤矿区域地质发展规律,为灾害的有效治理提供可靠参考依据,提出一种煤矿区域地质灾害时空分布与安全防治技术。采集煤矿区域遥感图像,并实施图像校正、图像均色、图像去噪预处理,以处理好的图像为基础,提取图像特征,识别灾害区域,确定灾害类型,界定灾害范围,分析灾害时空变化特征,进而提出“防和治”联合治理方法。结果表明,随着时间的推移,灾害区域面积都呈现逐渐扩大的趋势,塌陷灾害主要向着西北方向扩散,滑坡灾害主要向着西南方向成扇形发展。经过防治后,研究区两种地质灾害指数都有所降低,其中塌陷区域灾害由高风险降低到了一般风险,滑坡区域由较高风险降低到了较低风险,安全防治效果较佳。     

土岩接触带降雨滑坡变形地质灾害预测方法研究

考虑到传统方法在预测滑坡变形地质灾害时存在预测效果不佳的问题,提出了土岩接触带降雨滑坡变形地质灾害预测方法研究。从基本因素和触发因素两方面,分析了影响土岩接触带降雨滑坡变形的因素,针对土岩接触带降雨滑坡变形地质灾害受控因素的复杂关系,利用动态数据驱动技术,处理了滑坡变形地质灾害监测数据,根据线性函数变换法归一化处理滑坡变形地质灾害监测数据,结合GIS技术构建滑坡变形地质灾害预测模型,实现了土岩接触带降雨滑坡变形地质灾害的预测。实例分析结果表明,应用本文方法预测滑坡变形地质灾害的次数能够与实际滑坡次数较为接近,具有较好的预测效果。     

山西省地质灾害控灾因素分析

地形地貌是地质灾害发生和活动的基础,一定程度上决定了地质灾害发生的类型、数量、密度和规模。山西地处黄土高原东部,地形高差大、地质条件复杂、水土流失严重,极易形成崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害,地质灾害种类多、分布广、数量大。通过对山西省地质灾害发生特点和规律的研究,发现山西省地质灾害的主要控灾因素是地貌、年均降雨量和坡度。在不同的地貌单元内,黄土地貌是崩塌和泥石流等地质灾害的高发区,降雨是山西地质灾害的重要的诱发因素,区域地质灾害密度与区域年均雨量关系密切。全省年均降雨量低于400 mm和高于800 mm的地区基本不发生地质灾害;年均降雨量在450~600 mm地区最易发生地质灾害,其中年均降雨量在500~600 mm地区最易发生崩塌和滑坡灾害。地形坡度和崩塌呈明显的相关性,是影响崩塌发生的最主要因素。40°~50°坡角度是大型滑坡的高发区;当坡度大于50°后,大型崩塌的数量随着坡度的增大呈指数式增加。研究对山西省地质灾害的防治具有一定的指导意义。     

煤矿开采区域地质灾害治理研究

煤矿开采区域如果不加以处理,特别容易发生地质灾害问题。结合某煤矿实际情况,分析了地质灾害的治理措施及其应用效果。对煤矿的自然地理、地质以及煤层等基本情况进行了简要介绍,基于现场勘查结果分析了各种地质灾害类型及其产生的原因。结合实际情况,提出了针对性的地质灾害治理方案措施,并在工程实践中进行了应用。对开采区域存在明显安全隐患的位置进行连续监测发现,地质灾害治理措施取得了较好的应用效果,这些危险区域的位移变形和沉降量均得到有效控制。研究为煤矿开采区域的后续开发利用奠定了良好的基础。     

山西省地质灾害特点和时空分布研究

山西地处黄土高原东部,地形高差大,地质条件复杂,水土流失严重,极易形成崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害。在综合前人研究的基础上,对山西省地质灾害的特点时空分布进行研究,发现山西省地质灾害具有以下特点:崩塌、地面塌陷、滑坡是山西的三大地质灾害;次生地质灾害是山西省地质灾害的主要形式,人类活动是山西地质灾害频发的一个重要诱因;3月—4月、6月—9月和10月是全省地质灾害的高发期;吕梁、临汾、忻州、长治、太原等市是全省地质灾害高发地区;东部褶皱山区和晋西黄土地貌区是全省地质灾害最易发的地区;黄土地地貌区是崩塌和泥石流的重点易发区;地面沉降和地裂缝主要发生在城市。该研究对山西省地质灾害的防治具有一定的指导意义。     

生态环境保护区域的地质灾害气象风险预警系统

为了能够及时预测生态环境保护区域的地质灾害情况、减少地质灾害造成的损失,基于多信息融合过程,设计了一种地质灾害气象风险预警系统。在具体设计前,针对生态环境保护区域展开分析,探讨地质灾害造成的影响;在系统硬件部分,重点设计了处理器、通信模块、终端显示模块与加速度传感器模块;在系统软件部分,收集地质灾害资料、展示与维护地质灾害资料,利用多信息融合技术对地质灾害气象风险信息实施融合处理,根据D-S证据理论的组合准则,求出各证据的联合概率分布函数,从而实现对地质灾害气象风险的预警。实例分析表明,该系统能够有效对降雨量与灾害等级作出预警,为生态环境保护区域的防灾减灾作出指导,满足设计预期。     

岩体崩塌灾害成因机制与早期预警研究综述

作为我国常见的一种地质灾害,崩塌成因复杂,分布范围广,隐蔽性和突发性强,危害性大,其早期预警技术一直难以实现.通过对岩体崩塌灾害成因机理与预警研究总结得出,开展崩塌灾害发生的主控因素岩桥的定量识别与模糊评价,是未来岩体崩塌灾害预警预防的关键所在,而固有振动频率等动力学指标在岩桥损伤分析、危岩快速识别以及崩塌早期预警等方...     

瓦斯与煤自燃复合灾害监测预警系统研究与应用

为了解决高瓦斯易自燃煤层工作面采空区瓦斯与煤自燃复合灾害防治智能化程度低、缺乏灾害风险的精准分级管控等问题,构建了以瓦斯抽采与自然发火监测数据为基础、以风险分级智能化管控为核心的瓦斯与煤自燃复合灾害监测预警系统。采用API接口调用方式建立数据采集平台,构建了基于多源信息融合、K-Means聚类分析、预警规则知识库等方法的分析预警模型,设计开发了瓦斯与煤自燃复合灾害监测预警系统软件,实现了复合灾害的精准监控、风险动态评判和智能预警。在试点工作面的应用结果表明,该系统可直观展示复合灾害监测预警信息,使采空区瓦斯与煤自燃复合灾害防治工作透明化,有效提升了灾害防治的智能化水平。