基于InSAR技术的西部矿区地表沉陷监测研究与应用

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内蒙古自治区是我国西部地区煤炭资源最为丰富的地区之一且少数民族众多,煤炭开采产生的问题将不仅仅是环境变化的问题,甚至会影响到社会稳定、民族团结。本文基于InSAR技术研究西部矿区地表沉降,在为西部煤矿企业提供一种全新快速有效的监测煤矿开采引起的地面沉降方法的同时,及时获取地表沉陷与变形的发展规律,可以及时为矿区安全开采和沉陷区合理治理提供科学依据。D-InSAR技术以其监测覆盖广、全天时、全天候、精度高等优势,已经在很多方面投入到了形变监测应用中。但是,受到时间与空间失相干和大气相位等因素影响,较长的时间基线下矿区工作面地表沉陷幅度较大导致的高相位梯度以及夏季地表植被覆盖较多的时候,D-InSAR技术不能准确反演其地表形变情况,失相干情况严重。而CR-InSAR可以通过在研究区布设角反射器形成一系列强散射点从而解决时间与空间失相干问题,提高矿区地表沉陷监测精度。基于此,本论文研究了 D-InSAR技术与CR-InSAR技术在西部矿区地表沉降监测中的应用可行性。本文在对InSAR与D-InSAR、CR-InSAR技术的基本原理研究的基础上,分析影响D-InSAR技术监测地表形变的一些主要影响因素等。以西部地区的内蒙古营盘壕煤矿为例,重点分析了基于哨兵数据和SARscape软件的差分干涉测量数据处理流程及其关键算法。选取7景Sentinel-1A影像数据组成6组干涉影像,通过差分干涉数据处理获得了 2018年1月11日-2018年7月22日的D-In SAR地表沉降图。将D-InSAR沉降图转换为WGS84坐标叠加矿区工作面图进行后处理分析,提取工作面沉降情况并生成等值线、剖面图,用GIS方法来分析地表沉降情况。沿研究工作面走向线与倾向线选取一定数量的连续点位,通过将其D-InSAR处理结果与实测水准数据的对比验证,得出结论。结果表明:在研究区2101、2201工作面上方形成了明显的沉降盆地,且沉降盆地中心随着工作面回采推进而相应的变化,D-InSAR沉降结果在时间和空间上都表现了良好的一致性,D-InSAR监测精度达到毫米级。D-InSAR技术能够及时有效地监测矿区地表沉陷,为矿区沉降灾害的监测预计提供可靠的依据。为减轻消除D-InSAR技术监测形变的时间与空间失相干等因素的影响,本文基于CR-InSAR技术研究矿区沉降监测方法,根据研究矿区实际情况研发设计了可适用于多种卫星的人工角反射器,并在研究区进行布设、安装,探究了角反射器的识别及提取角反射器形变量的方法。结果显示,CR-InSAR技术得到的CR点形变结果与GPS、D-InSAR监测结果总体一致,验证了 CR-InSAR技术的可行性,为西部矿区开采沉陷问题的进一步研究提供了基础与参考范例。
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