基于时序InSAR技术的山区煤矿开采沉陷监测研究

发布时间：2017-05-31 00:11

  本文关键词：基于时序InSAR技术的山区煤矿开采沉陷监测研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：地下煤炭资源的开采造成的地表沉陷一直阻碍着社会和经济的发展，威胁着矿区居民安全生产、生活。如何有效、实时快速地监测煤矿开采引起的地表沉陷是测绘和矿业技术人员所关注的重要课题，时序InSAR技术在该领域极具应用潜力。本文在国家自然科学基金项目（51174191）及企业项目的支持下，结合西山煤田古交矿区屯兰矿实践，对基于时序InSAR技术的山区煤矿开采沉陷监测进行了系统的研究，，反演出沉降信息的动态演变过程和相关开采沉陷参数，沉降信息与GPS实测值比较一致。主要工作和成果如下： 1）在系统分析InSAR技术模型基础上，对干涉相位组成分解，分析了地表形变、卫星轨道误差、大气延迟误差和DEM误差对干涉相位贡献的灵敏度，并解释了“二轨法”D-InSAR测量原理和Doris开源软件的数据处理的主要过程。 2）分析多基线D-InSAR干涉相位图叠加法的原理、方法，并提出实现该方法的三个关键技术：使用航拍地形图资料转换生成TIN，建立高分辨率高精度的DEM；使用高相干点目标作为地面控制点进行精密基线估计；提出对矿区沉降区域掩膜后建立线性模型，来估计高程相关的大气延迟相位，实现去除大气相位噪声。对2011年4月4日~2012年11月21日21景TSX数据处理，获得古交矿区的时序沉降信息及工作面周边下沉等值线。 3）分析单基线IPTA技术和多基线StaMPS SBAS技术原理和关键算法，对2011年4月4日~2012年11月21日21景TSX数据处理，得到屯兰矿点目标的速率分布图和时序沉降信息，IPTA技术获得的LOS方向最大下沉速率为-106.3mm/a，11d的重访周期内可监测的最大下沉值为-6.9~-1.0mm，StaMPSSBAS技术获得的LOS方向最大下沉速率为-128.3mm/a，11d的重访周期内可监测的最大下沉值为-9.7~-1.0mm，两种方法都能有效地确定地表受采动影响范围，但无法获得工作面中央区域沉降信息。比较了IPTA、StaMPS SBAS和GPS测量结果，发现三者测得的时序累计量趋势一致，但时序SAR技术结果要比GPS偏小，IPTA、StaMPS SBAS与GPS结果平均误差分别为40.3mm、26.3mm。 4）使用GPS-CR点来优化地理编码，为矿区工作面资料与时序InSAR的结果在ArcGIS叠置提供了精度保证；运用ArcGIS进行空间叠置分析，研究随工作面推进地表开采沉陷的形变特点，反演出工作面超前影响角、边界角；使用角反射器上的GPS结果对其定量验证，表明时序InSAR技术具备监测矿区微小形变的能力。
【关键词】：时序InSAR IPTA SBAS 山区煤矿开采 开采沉陷 TerraSAR
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P225.1;P642.26
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• Contents10-12
• 图清单12-16
• 表清单16-18
• 变量注释表18-19
• 1 绪论19-27
• 1.1 研究背景和意义19-20
• 1.2 国内外研究现状20-24
• 1.3 研究内容与研究方法24-25
• 1.4 论文结构安排25-27
• 2 InSAR 地表形变测量技术基础27-43
• 2.1 InSAR 技术模型27-35
• 2.2 D-InSAR 形变测量原理35-42
• 2.3 本章小结42-43
• 3 多基线 D-InSAR 干涉相位图叠加法的关键技术43-64
• 3.1 多基线 D-InSAR 干涉相位图叠加法基本原理43-45
• 3.2 关键技术45-55
• 3.3 研究区概况55-57
• 3.4 干涉相位图叠加法实例分析57-63
• 3.5 本章小结63-64
• 4 IPTA 和 SBAS 法监测煤矿地表沉降信息64-84
• 4.1 IPTA 和 SBAS 技术原理64-70
• 4.2 IPTA 技术实验分析70-75
• 4.3 SBAS 干涉测量实验分析75-81
• 4.4 IPTA、StaMPS SBAS 和 GPS 结果对比81-82
• 4.5 本章小结82-84
• 5 时序 InSAR 矿区沉降范围监测及参数反演84-111
• 5.1 引言84-85
• 5.2 实验区简介85
• 5.3 实验数据85-86
• 5.4 角反射器优化地理编码86-89
• 5.5 开采沉陷参数计算模型89-91
• 5.6 实验结果与分析91-110
• 5.7 本章小结110-111
• 6 结论与展望111-113
• 6.1 主要工作和结论111-112
• 6.2 展望112-113
• 参考文献113-119
• 作者简历119-121
• 学位论文数据集121

【参考文献】

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本文编号：408229