基于D-InSAR的煤矿开采沉陷形变监测技术研究与应用

摘要

煤炭资源在我国能源结构中所占比重非常高，煤炭资源的开发及其利用关系到国民经济的发展。我国的煤炭资源总量丰富，但是煤炭开采对生态环境破坏造成很大的影响。煤炭资源开采给人们带来丰富的物质财富的同时，也在一定程度上破坏着自然生态环境，特别是以矿区地面沉降最为严重。所以，如何有效的利用现有的新技术对煤矿进行地表沉降监测是深层次的研究问题。
　　本文阐述D-InSAR基本理论与工作方法，分析影响D-InSAR技术监测地表形变的主要影响因素是时间失相干、空间失相干、体散射失相干以及相位误差、大气延迟误差、卫星轨道误差、DEM误差和高相位梯度等。其次介绍本文采用的差分干涉处理软件SARscape软件。详细介绍常规D-InSAR二轨法差分干涉处理流程及处理过程中的关键性步骤。以淮北矿区某矿为例，采用D-InSAR和GIS技术开展了地面沉降监测的应用研究。
　　本文收集9景RADARSAT-2雷达影像数据。通过D-InSAR差分干涉处理的过程，获得2012年11月-2012年12月、2013年11月-2013年12月、2014年2月-2014年3月、2015年4月-2015年5月和2015年5月-2015年12月的淮北矿区某矿5期地表沉降分布图。其次将D-InSAR测量结果导入GIS中做后处理叠加分析淮北矿区某矿井上下对照图和D-InSAR最终结果的地表沉降图，以剖面图、等值线图进行可视化显示。通过几期结果的相互对比验证，结果表明:D-InSAR测量结果可以识别淮北矿区某矿沉降区域分布，同时获得矿区沉降位置和沉降范围与井上下对照图基本吻合，沉降位置和范围也随着地下开采的继续在不断变化。D-InSAR获得的最大沉降量是36mm/35d。D-InSAR技术结合GIS技术监测煤矿区地面沉降是一种比较有效快速的方法，能够满足煤矿区可持续发展的需要。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 D-InSAR技术在煤矿开采沉陷变形监测的国内外现状

1．2．1 国外现状

1．2．2 国内现状

1．3 研究内容与意义

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究意义

1．4 研究技术路线

2 D-InSAR理论与方法

2．1 D-InSAR技术发展历程

2．2 D-InSAR基本原理

2．2．1 D-InSAR测量基本原理

2．2．2 D-InSAR测量地表形变的基本方法

2．3 D-InSAR技术新发展

2．3．1 CR-InSAR技术

2．3．2 PS-InSAR技术

2．4 本章小结

3 D—InSAR技术在煤矿开采沉陷形变监测中的主要影响因素

3．1 相干性分析

3．2 失相干因素

3．2．1 热噪声失相干

3．2．2 空间失相干

3．2．3 体散射失相干

3．3 误差因素

3．3．1 相位误差

3．3．2 大气误差影响

3．3．3 DEM高程误差

3．4 本章小结

4 D-InSAR数据处理方法和流程

4．1 D-InSAR差分干涉数据处理方法和流程

4．1．1 基线估算

4．1．2 干涉条纹图生成

4．1．3 去除平地效应

4．1．4 干涉条纹图滤波及相干性计算

4．1．5 相位解缠

4．1．6 轨道矫正(轨道精炼和重去平)

4．1．7 生成地表形变图

4．2 D-InSAR结果导入ArcGIS中的处理方法和流程

4．2．1 空间参考转换

4．2．2 提取沉降区域

4．2．3 空间分析成果显示

4．3 本章小结

5．D-InSAR与GIS技术结合在地表变形监测中的应用

5．1 实验区及工作面概况

5．2 实验区数据准备

5．2．1 SAR数据准备

5．2．2 外部DEM高程数据准备

5．3 实验区数据处理

5．4 实验结果分析

5．4．1 D-InSAR结果定性分析

5．4．2 D-InSAR结果定量分析

5．5 实测水准数据验证D-InSAR结果

5．6 本章小结

6．结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及主要科研成果