基于SBAS-DInSAR技术的煤矿地表沉降监测研究

基于SBAS-DInSAR技术的煤矿地表沉降监测研究

煤炭行业在我国现阶段的发展具有重要的地位,而煤层开采引起的地表沉降会严重影响到当地的生态环境以及周围城镇居民的生活安全。对地表沉陷进行监测可以获取地表的移动变化规律,并对煤层的进一步开采起到一定的指导作用,因此对矿区地表沉降进行监测具有重要的实际意义。传统的水准测量方法具有成本高、效率低及监测易受天气影响等劣势;D-InSAR技术能有效弥补传统水准测量的不足,且理论上能达到厘米级的精度,SBAS时序分析方法理论精度可达到毫米级。在矿区沉降监测过程中,由于矿区地表的沉降速率快、强度大等特点会造成矿区地表监测的非相干移动、时间失相干、DEM的精度及监测形变值含义等问题。

针对这些问题,本文以大同矿区某矿为研究背景,采用16景C波段的Sentinel-1A数据,分别从常规D-InSAR和SBAS时序分析方法两个角度对矿区地表进行了监测研究,主要研究内容如下:(1)测量目标的非相干移动是矿区监测主要难点之一。设计了“时间相邻-四轨法”监测方案,基于时间基线对矿区大形变进行分解,减小形变梯度以增强影像干涉效果,重新构建矿区DEM模型进行平地效应去除,得到矿区的地表形变图,结合实测资料验证该方案的可行性。(2)干涉结果的像元值与水准数据代表含义的不一致使其无法直接对比,论文根据像元与实测点的位置关系提出高斯卷积算法将两者联系起来,分析了引入高斯权重矩阵的有效性与必要性,并且结合实测数据对其进行精度验证。(3)针对常规D-InSAR无法解决的大气效应以及时间失相干问题,引入了SBAS时序分析方法并探讨了该方法对于常规D-InSAR技术的优势,结合该矿区形变特点设计了影像干涉参数,得出矿区的累计形变图和形变速率图,并对其进行时序分析。

(4)对矿区形变结果与沉降速率结果进行三维模型构建,并结合工作面实际开采情况对三维沉降模型中关键点位的形变结果进行分析,验证了SBAS时序分析方法在矿区形变监测的合理性并且对局部点位干涉错误的原因进行了分析。