基于时序InSAR技术的矿区地面沉降监测与分析
发布时间：2021-01-02 18:26
煤炭在我国的开采历史长达上千年,其在我国能源结构中有着极其重要的地位。大规模的煤炭开采促进了我国的经济发展,但由其引起的一系列生态环境和地表沉降问题已日益严重。随着工作面的不断推进,矿区地表将形成地裂缝、沉陷漏斗、塌陷坑和滑坡等现象,导致矿区道路、管线及工民建受损。除此之外,由开采沉陷引起的次生灾害,给矿区居民的生命财产及工矿厂房带来了极大的危害,也使得矿区周边地区地质灾害频发,相关问题日渐突出。因此,对于矿区地面沉降的监测与分析就显得尤为重要。InSAR（Interferometry Synthetic Aperture Radar）技术因其全天时、全天候、大范围、精度高、非接触、成本低、连续监测、易于重复观测等诸多优点,使其在对地观测中得到了广泛应用。不同于传统的水准测量及GNSS测量,InSAR监测的结果具有空间连续性,克服了水准测量外业工作量大、GNSS点位稀疏、监测范围小、地面调查难以到达等困难。然而,InSAR技术易受时空失相干、轨道误差、外部DEM数据误差、大气延迟等因素的影响,且煤矿开采沉陷一般具有发展速度快、沉降量级大等特点,使得利用InSAR技术监测矿区地面沉降还存...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
械ス焖?煜吣Ｊ街饕?τ糜诨?豐AR的干涉实验；重复轨道单天线模式主要用于星载SAR系统，用于获取地表高程信息或形变信息；双天线单轨纵向模式主要用于监测冰川移动、船只航行速度、测定洋流速度场等。如无特殊说明，本文所讨论的数据模式均为重复轨道单天线模式。2.1InSAR基本原理InSAR技术是通过雷达回波信号所携带的相位信息进行地面高程的信息提龋由一副天线在不同时间内获取相同地区的复数影像对，因两次获取影像时天线所在位置不同以及地面观测目标之间的几何关系，在复数影像中的相位存在差异，因此形成干涉图。图2.1InSAR高程测量原理图如图2.1所示，O为地球质心，X轴为方位向，Y轴为距离向，Z轴表示的是由星下点指向天线的径向。S1、S2分别为两次获取SAR影像的天线相位中心，R1、R2是地面目标点到天线相位中心的斜距，H是天线相位中心S1的高度，地面目标P点的高程为h，θ为天线相位中心处于S1时观测地面目标点P的侧视角，B为空间基线即两天线相位中心之间的直线距离，延视线方向的基线分量为平行基线B//，垂直于平行基线的即为垂直基线B⊥，α为基线倾角，P1、P2分别为过天线相位中心S1、S2的两条轨道。设雷达信号波长为λ。根据图2.1的几何关系可以得出地面目标点P的高程可以表示为：
2InSAR基本原理及误差分析13理图。图2.2两轨法D-InSAR基本原理图如图2.2所示，卫星分别在S1、S2处成像，若卫星在S2处成像时，地面目标点P发生形变，从P移动至P′,对应的视线向形变位移为δP，根据几何关系P′所对应的斜距为R2+δP，则干涉相位为：1212444[()]()intRRPRRP=+=+（2.9）上式中的4P为地面目标点的形变相位用def表示，则可导出：4defP=（2.10）由上式可知，当形变相位def中存在一个相位周期2时，相应的地表形变量为：22P=（2.11）由此可知，当应用于形变监测时，D-InSAR技术对于形变的探测敏感值为天线所发射波长的一半。2.2.2D-InSAR技术分类根据D-InSAR技术在干涉时所需影像的数量及去除地形相位的方式，可将D-InSAR技术分为三类，即两轨法、三轨法和四轨法。（1）两轨法两轨法需要两景覆盖研究区的SAR影像，一景形变前和一景形变后，再加上覆盖研究区的外部DEM。首先将两景影像进行干涉处理得到干涉图，此时得到的干涉图中的相位中包含地形相位以及形变相位，再利用外部DEM模拟地形相位，并从干涉图中
【参考文献】：
期刊论文
[1]联合DInSAR和PIM技术的沉陷特征模拟和时序分析[J]. 成晓倩,马超,康建荣,邹友峰. 中国矿业大学学报. 2018(05)
[2]激光雷达技术在矿山生态环境监测中的应用[J]. 吕国屏,廖承锐,高媛赟,徐雁南,李海东. 生态与农村环境学报. 2017(07)
[3]天津地区Sentinel-1A雷达影像PSInSAR地面沉降监测[J]. 白泽朝,靳国旺,张红敏,徐青,胡健波,汪宝存. 测绘科学技术学报. 2017(03)
[4]高分三号卫星总体设计与关键技术[J]. 张庆君. 测绘学报. 2017(03)
[5]基于SBAS技术的采动区形变对建筑物的影响监测[J]. 赵伟颖,邓喀中,杨俊凯,范洪冬. 煤矿安全. 2015(02)
[6]利用PSInSAR方法反演大时空尺度地表沉降速率[J]. 罗三明,杜凯夫,万文妮,付黎明,李永坤,梁福逊. 武汉大学学报(信息科学版). 2014(09)
[7]基于时间序列的InSAR相干性量级估计[J]. 蒋弥,丁晓利,李志伟,汪驰升,朱武,柯灵红. 地球物理学报. 2013(03)
[8]公用主影像干涉图加权叠加方法及其在地面沉降监测中的应用[J]. 龙四春,张诗玉,冯涛,李黎. 测绘学报. 2012(06)
[9]利用PSInSAR时间序列研究拉奎拉地震位移场变化特征[J]. 罗三明,杨国华,董运洪,李陶,袁油新,贾有良. 地球物理学进展. 2012(04)
[10]利用时间序列干涉图叠加法监测江苏盐城地区地面沉降[J]. 何敏,何秀凤. 武汉大学学报(信息科学版). 2011(12)
博士论文
[1]不同尺度综合地表形变InSAR时序监测与机理分析[D]. 刘媛媛.长安大学 2018
[2]区域增强PPP技术及其在矿区变形监测应用研究[D]. 卞和方.中国矿业大学 2013
[3]基于D-InSAR技术监测云驾岭煤矿区开采沉陷的应用研究[D]. 闫大鹏.中国地质大学（北京） 2011
[4]干旱、半干旱复杂矿区水资源系统优化配置及综合利用[D]. 董书宁.长安大学 2011
[5]差分干涉雷达技术用于不连续形变的监测研究[D]. 赵超英.长安大学 2009
[6]神东矿区浅埋煤层关键层理论及其应用研究[D]. 伊茂森.中国矿业大学 2008
硕士论文
[1]时序InSAR技术用于构造形变的监测研究[D]. 刘传金.长安大学 2017
[2]基于RADARSAT-2干涉数据的矿区地表形变提取研究[D]. 周志全.北京交通大学 2016
[3]基于时序InSAR技术的山区煤矿开采沉陷监测研究[D]. 张鹏飞.中国矿业大学 2014
[4]基于D-InSAR技术的煤矿沉陷监测[D]. 杨成生.长安大学 2008
[5]我国矿区生态环境建设研究[D]. 徐倩.中国矿业大学（北京） 2008
[6]基于D-InSAR技术的地下开挖空间分析[D]. 丁建全.山东科技大学 2006
本文编号：2953413
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
械ス焖?煜吣Ｊ街饕?τ糜诨?豐AR的干涉实验；重复轨道单天线模式主要用于星载SAR系统，用于获取地表高程信息或形变信息；双天线单轨纵向模式主要用于监测冰川移动、船只航行速度、测定洋流速度场等。如无特殊说明，本文所讨论的数据模式均为重复轨道单天线模式。2.1InSAR基本原理InSAR技术是通过雷达回波信号所携带的相位信息进行地面高程的信息提龋由一副天线在不同时间内获取相同地区的复数影像对，因两次获取影像时天线所在位置不同以及地面观测目标之间的几何关系，在复数影像中的相位存在差异，因此形成干涉图。图2.1InSAR高程测量原理图如图2.1所示，O为地球质心，X轴为方位向，Y轴为距离向，Z轴表示的是由星下点指向天线的径向。S1、S2分别为两次获取SAR影像的天线相位中心，R1、R2是地面目标点到天线相位中心的斜距，H是天线相位中心S1的高度，地面目标P点的高程为h，θ为天线相位中心处于S1时观测地面目标点P的侧视角，B为空间基线即两天线相位中心之间的直线距离，延视线方向的基线分量为平行基线B//，垂直于平行基线的即为垂直基线B⊥，α为基线倾角，P1、P2分别为过天线相位中心S1、S2的两条轨道。设雷达信号波长为λ。根据图2.1的几何关系可以得出地面目标点P的高程可以表示为：
2InSAR基本原理及误差分析13理图。图2.2两轨法D-InSAR基本原理图如图2.2所示，卫星分别在S1、S2处成像，若卫星在S2处成像时，地面目标点P发生形变，从P移动至P′,对应的视线向形变位移为δP，根据几何关系P′所对应的斜距为R2+δP，则干涉相位为：1212444[()]()intRRPRRP=+=+（2.9）上式中的4P为地面目标点的形变相位用def表示，则可导出：4defP=（2.10）由上式可知，当形变相位def中存在一个相位周期2时，相应的地表形变量为：22P=（2.11）由此可知，当应用于形变监测时，D-InSAR技术对于形变的探测敏感值为天线所发射波长的一半。2.2.2D-InSAR技术分类根据D-InSAR技术在干涉时所需影像的数量及去除地形相位的方式，可将D-InSAR技术分为三类，即两轨法、三轨法和四轨法。（1）两轨法两轨法需要两景覆盖研究区的SAR影像，一景形变前和一景形变后，再加上覆盖研究区的外部DEM。首先将两景影像进行干涉处理得到干涉图，此时得到的干涉图中的相位中包含地形相位以及形变相位，再利用外部DEM模拟地形相位，并从干涉图中
【参考文献】：
期刊论文
[1]联合DInSAR和PIM技术的沉陷特征模拟和时序分析[J]. 成晓倩,马超,康建荣,邹友峰. 中国矿业大学学报. 2018(05)
[2]激光雷达技术在矿山生态环境监测中的应用[J]. 吕国屏,廖承锐,高媛赟,徐雁南,李海东. 生态与农村环境学报. 2017(07)
[3]天津地区Sentinel-1A雷达影像PSInSAR地面沉降监测[J]. 白泽朝,靳国旺,张红敏,徐青,胡健波,汪宝存. 测绘科学技术学报. 2017(03)
[4]高分三号卫星总体设计与关键技术[J]. 张庆君. 测绘学报. 2017(03)
[5]基于SBAS技术的采动区形变对建筑物的影响监测[J]. 赵伟颖,邓喀中,杨俊凯,范洪冬. 煤矿安全. 2015(02)
[6]利用PSInSAR方法反演大时空尺度地表沉降速率[J]. 罗三明,杜凯夫,万文妮,付黎明,李永坤,梁福逊. 武汉大学学报(信息科学版). 2014(09)
[7]基于时间序列的InSAR相干性量级估计[J]. 蒋弥,丁晓利,李志伟,汪驰升,朱武,柯灵红. 地球物理学报. 2013(03)
[8]公用主影像干涉图加权叠加方法及其在地面沉降监测中的应用[J]. 龙四春,张诗玉,冯涛,李黎. 测绘学报. 2012(06)
[9]利用PSInSAR时间序列研究拉奎拉地震位移场变化特征[J]. 罗三明,杨国华,董运洪,李陶,袁油新,贾有良. 地球物理学进展. 2012(04)
[10]利用时间序列干涉图叠加法监测江苏盐城地区地面沉降[J]. 何敏,何秀凤. 武汉大学学报(信息科学版). 2011(12)
博士论文
[1]不同尺度综合地表形变InSAR时序监测与机理分析[D]. 刘媛媛.长安大学 2018
[2]区域增强PPP技术及其在矿区变形监测应用研究[D]. 卞和方.中国矿业大学 2013
[3]基于D-InSAR技术监测云驾岭煤矿区开采沉陷的应用研究[D]. 闫大鹏.中国地质大学（北京） 2011
[4]干旱、半干旱复杂矿区水资源系统优化配置及综合利用[D]. 董书宁.长安大学 2011
[5]差分干涉雷达技术用于不连续形变的监测研究[D]. 赵超英.长安大学 2009
[6]神东矿区浅埋煤层关键层理论及其应用研究[D]. 伊茂森.中国矿业大学 2008
硕士论文
[1]时序InSAR技术用于构造形变的监测研究[D]. 刘传金.长安大学 2017
[2]基于RADARSAT-2干涉数据的矿区地表形变提取研究[D]. 周志全.北京交通大学 2016
[3]基于时序InSAR技术的山区煤矿开采沉陷监测研究[D]. 张鹏飞.中国矿业大学 2014
[4]基于D-InSAR技术的煤矿沉陷监测[D]. 杨成生.长安大学 2008
[5]我国矿区生态环境建设研究[D]. 徐倩.中国矿业大学（北京） 2008
[6]基于D-InSAR技术的地下开挖空间分析[D]. 丁建全.山东科技大学 2006
本文编号：2953413
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/benkebiyelunwen/2953413.html
