基于單視線向D-InSAR技術(shù)的開采沉陷監(jiān)測方法研究.pdf

1、合成孔徑雷達(dá)差分干涉測量技術(shù)(D-InSAR)作為礦區(qū)采動地表變形監(jiān)測的一種重要方法，憑借其全天候、全天時、強大的透能力、以及快速獲取實時、高精度、大面積沉陷盆地范圍形變場等優(yōu)勢，彌補傳統(tǒng)技術(shù)監(jiān)測礦區(qū)沉陷的不足，為國內(nèi)外學(xué)者研究礦區(qū)開采沉陷時空變化規(guī)律提供十分重要幫助。然而傳統(tǒng)單視線向D-InSAR技術(shù)僅能獲取視線向(LOS，Line of Sight)變形值，其監(jiān)測結(jié)果不能反映真實三維地表形變，容易造成對地表形變監(jiān)測信息的誤判或漏判，

2、嚴(yán)重制約D-InSAR技術(shù)在礦山變形監(jiān)測中的推廣及應(yīng)用。針對此問題，本文融合單視線向D-InSAR成像原理與礦山開采沉陷預(yù)計理論，開展了基于單視線向D-InSAR的礦山地表移動與變形監(jiān)測方法研究。取得主要成果如下:
　　(1)分析研究了當(dāng)前礦山InSAR監(jiān)測的國內(nèi)研究現(xiàn)狀。文獻研究表明，目前基于SAR的礦山變形監(jiān)測技術(shù)在廣適應(yīng)開采沉陷監(jiān)測模型、全部概率積分預(yù)計參數(shù)反演方法、開采沉陷大變形梯度監(jiān)測理論等方面存在明顯不足，嚴(yán)重制約了I

3、nSAR技術(shù)在礦山變形監(jiān)測領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用。針對上述不足，本文聚焦“基于單視線向的礦山開采監(jiān)測方法”為研究內(nèi)容，制定了詳細(xì)研究方案和研究技術(shù)路線。
　　(2)通過理論、實驗和模擬方式剖析了當(dāng)前礦山InSAR變形監(jiān)測方法存在的不足。當(dāng)前基于單視線向D-InSAR監(jiān)測僅能捕獲采動地表LOS向變形，并不能準(zhǔn)確的監(jiān)測采動地表三維變形。同時開展了基于二軌法的D-InSAR驗證實驗，成功獲取了顧橋南礦1613工作面2017年10月23日至20

4、18年1月15日的歷史形變場。實驗結(jié)果表明，在D-InSAR容許的形變梯度范圍內(nèi)，可采用常規(guī)D-InSAR技術(shù)監(jiān)測沿LOS向的移動變形。在礦山地表三維變形監(jiān)測理論與技術(shù)方面，一方面分析了傳統(tǒng)三維變形監(jiān)測方法不適用于礦山沉陷監(jiān)測的原因，另一方面通過理論推導(dǎo)和實驗驗證D-InSAR LOS向變形本質(zhì)為下沉、東西方向水平移動和南北方向水平移動沿LOS向投影的矢量之和。為后續(xù)開展基于單視線向InSAR的開采沉陷監(jiān)測方法研究提供理論支持。

5、　　(3)構(gòu)建基于單視線向D-InSAR技術(shù)的傾斜煤層開采地表移動變形提取模型。本文通過分析衛(wèi)星回訪經(jīng)過目標(biāo)沉陷盆地上方成像過程及SAR影像像元陣列分布情況，尋找D-InSAR LOS向變形與下沉、南北方向水平移動和東西方向水平移動關(guān)系，結(jié)合傾斜煤層開采沉陷規(guī)律，在假設(shè)影像第一行、第一列水平移動為零的情況下，構(gòu)建基于單視線向D-InSAR技術(shù)的傾斜煤層開采地表移動變形提取模型。以淮南煤層地質(zhì)采礦條件為背景，以TerraSAR-X數(shù)據(jù)為例

6、構(gòu)造了模擬實驗，模擬實驗表明，本文構(gòu)建的模型能夠較為精準(zhǔn)的提取礦區(qū)開采引起的下沉和水平移動。以淮南顧橋南礦1613工作面與Sentinel-1A數(shù)據(jù)為例，對本文構(gòu)建的模型進行了工程實例應(yīng)用，結(jié)果表明本文構(gòu)建的模型可以從D-InSAR LOS向變形場中較為精準(zhǔn)的提取下沉和水平移動。最后利用構(gòu)建的模型，成功地監(jiān)測了20171023-20180115時段顧橋南礦1613工作面開采引起的超前影響角，并對其超前影響角規(guī)律進行分析與精度驗證，結(jié)果表

7、明，利用本文建立的模型反演的下沉值可較為準(zhǔn)確地求取礦區(qū)超前影響角。
　　(4)構(gòu)建基于單視線向D-InSAR的模擬退火法概率積分參數(shù)反演模型。概率積分參數(shù)反演是融合概率積分法模型與單視線D-InSAR監(jiān)測開采沉陷的難點。本文通過分析D-InSAR LOS向變形與礦區(qū)三維變形之間的投影關(guān)系，結(jié)合礦山開采沉陷概率積分法預(yù)計模型，基于非線性規(guī)劃理論，構(gòu)建基于單視線向D-InSAR的模擬退火算法概率積分參數(shù)反演模型。以淮南煤層地質(zhì)采礦條件