【摘 要】
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全方位的钻井水溶开采活动引起的动态变形严重威胁着岩盐矿山基础设施和当地居民的生命财产安全。此外,岩盐矿的持续开采很容易导致地下岩层和水系统的力学变化,造成卤水外泄污染环境。因此,对岩盐矿山进行长期的时空变形监测显得尤为重要。多时相干涉合成孔径雷达技术(Multi-Temporal Interferometric Synthetic Aperture Radar,MT-InSAR)是近年来发展起来的
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全方位的钻井水溶开采活动引起的动态变形严重威胁着岩盐矿山基础设施和当地居民的生命财产安全。此外,岩盐矿的持续开采很容易导致地下岩层和水系统的力学变化,造成卤水外泄污染环境。因此,对岩盐矿山进行长期的时空变形监测显得尤为重要。多时相干涉合成孔径雷达技术(Multi-Temporal Interferometric Synthetic Aperture Radar,MT-InSAR)是近年来发展起来的一种高级InSAR技术,这一技术相比传统InSAR技术有着巨大优势,已在矿区地表变形监测中体现出极大潜力。在MT-InSAR数据处理过程中,形变模型的建立是至关重要的环节,即建模相位与形变参数之间的时序函数关系。形变模型准确与否直接影响着形变估计的精度,也可为后续形变结果的解译提供参考。然而,目前矿区时序InSAR模型中多采用一种或几种纯经验数学函数组合而成,模型参数多为物理意义不够明确的数学系数,未在形变模型中顾及矿区开采沉陷变形机制。本文旨在将动态概率积分模型(Probability Integral Model,PIM)的坐标-时间函数(Coordinator-Time Function,CT)引入到传统 SBAS-InSAR(Small Baseline Subsets InSAR)线性速率模型中,构建InSAR的解缠相位与概率积分预计参数的时序函数模型,在此基础上估计形变未知参数,实现矿区地表时序形变估计。主要研究工作包括:(1)采用传统SBAS-InSAR技术对覆盖钻井水溶岩盐矿区的24景Sentinel-1A SAR影像进行时序形变分析,获取了高相干点在时间序列上的沉降速率和累积沉降量;(2)结合动态地表移动变形的坐标-时间函数,建模InSAR解缠相位与概率积分参数(q,tanβ,s1,s2,k,n)的时序函数模型,改进传统SBAS-InSAR技术中线性速率模型;(3)开展针对新模型的非线性参数估计算法研究,利用遗传算法得到概率积分预计参数的初始值,再使用单纯形法优化初始值;(4)开展基于新模型的钻井水溶盐矿区变形估计实例研究,分别利用模拟实验和真实数据开展实验。模拟实验结果表明,高相干点的时序形变与模拟真值的均方根误差为±13 mm,证实了本文InSAR-CTPIM模型在理论上是可行性的。真实实验中将新模型应用于湖南常德岩盐矿区中,获取了 2015年6月15日-2017年1月11日的时序形变,累积最大沉降达211 mm;与外部水准变形结果进行比较,均方根误差约为±31 mm。
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