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煤矿开采沉陷造成采区内土壤退化、植被破坏及附属建(构)筑物损坏等问题,打破了矿区生态平衡,严重影响人民生产生活。在政府防灾减灾的紧迫需求下,利用先进的监测手段,准确识别并实时监测矿区开采沉陷,对于矿区沉陷损害的早期预警、生态环境的修复和可持续发展有重要意义。
InSAR技术是一种大范围、高时效、高精度的地表形变监测工具,利用SAR影像中的相位信息,能够精确测量矿区地表移动盆地边缘微小形变;但在形变量级大、速率快的区域,失相干严重,则无法被监测。本文针对上述问题,以阳泉矿区为例,研究如何利用SAR影像相位和振幅信息准确、有效地探测、获取矿区大梯度、大量级区域的形变信息,其主要研究工作和成果总结归纳如下:
(1)总结了基于SAR影像相位信息与振幅信息提取矿区大量级形变的国内外研究现状及主要问题,介绍了InSAR/DInSAR技术的基本原理与误差来源。
(2)根据静态与动态地表移动盆地在不同区域、不同阶段的形变特征与形变速率不同,结合InSAR监测地表移动盆地的时段不同,将InSAR监测矿区开采沉陷的方法概括为静态监测与动态监测;对C波段、分辨率为20m的Sentinel-1A影像数据利用静态和动态方法的监测能力进行了分析。
(3)提出了一种融合DInSAR与概率积分数据提取矿区大量级形变的方法。考虑DInSAR技术形变监测梯度和各种误差的影响,利用形变梯度值和监测数据的三倍中误差两个阈值对DInSAR监测值与概率积分预计数据进行筛选,并将融合结果与实测结果比较。研究结果表明,该方法可以筛选出可靠的DInSAR监测值,能够提高DInSAR技术在工作面边界监测的精度;同时,融合数据与水准数据相关性极高,能较好地研究矿区大量级形变,丰富了DInSAR技术与概率积分法融合提取矿区大量级沉陷的方法。
(4)提出利用SAR影像振幅信息识别矿区大量级沉陷区域的方法。基于SAR影像的振幅信息采用时序振幅分析方法,提取了开采沉陷区时序地表后向散射系数,根据开采活动过程中沉陷盆地不同区域的地表后向散射系数时序变化特征,发现地表后向散射系数与地表沉降速率有很高的相关性。研究结果表明,利用沉陷区地表后向散射系数可以描述大量级沉陷区域的地表沉降速率变化,能较好地分析地表动态沉降速率规律,丰富了利用SAR影像识别矿区大量级沉陷区域的技术手段,具有良好的应用前景。
InSAR技术是一种大范围、高时效、高精度的地表形变监测工具,利用SAR影像中的相位信息,能够精确测量矿区地表移动盆地边缘微小形变;但在形变量级大、速率快的区域,失相干严重,则无法被监测。本文针对上述问题,以阳泉矿区为例,研究如何利用SAR影像相位和振幅信息准确、有效地探测、获取矿区大梯度、大量级区域的形变信息,其主要研究工作和成果总结归纳如下:
(1)总结了基于SAR影像相位信息与振幅信息提取矿区大量级形变的国内外研究现状及主要问题,介绍了InSAR/DInSAR技术的基本原理与误差来源。
(2)根据静态与动态地表移动盆地在不同区域、不同阶段的形变特征与形变速率不同,结合InSAR监测地表移动盆地的时段不同,将InSAR监测矿区开采沉陷的方法概括为静态监测与动态监测;对C波段、分辨率为20m的Sentinel-1A影像数据利用静态和动态方法的监测能力进行了分析。
(3)提出了一种融合DInSAR与概率积分数据提取矿区大量级形变的方法。考虑DInSAR技术形变监测梯度和各种误差的影响,利用形变梯度值和监测数据的三倍中误差两个阈值对DInSAR监测值与概率积分预计数据进行筛选,并将融合结果与实测结果比较。研究结果表明,该方法可以筛选出可靠的DInSAR监测值,能够提高DInSAR技术在工作面边界监测的精度;同时,融合数据与水准数据相关性极高,能较好地研究矿区大量级形变,丰富了DInSAR技术与概率积分法融合提取矿区大量级沉陷的方法。
(4)提出利用SAR影像振幅信息识别矿区大量级沉陷区域的方法。基于SAR影像的振幅信息采用时序振幅分析方法,提取了开采沉陷区时序地表后向散射系数,根据开采活动过程中沉陷盆地不同区域的地表后向散射系数时序变化特征,发现地表后向散射系数与地表沉降速率有很高的相关性。研究结果表明,利用沉陷区地表后向散射系数可以描述大量级沉陷区域的地表沉降速率变化,能较好地分析地表动态沉降速率规律,丰富了利用SAR影像识别矿区大量级沉陷区域的技术手段,具有良好的应用前景。