基于雷达影像的矿区地面沉降监测系统的研究与实现

摘要

近些年来，由于对石油、天然气、固体矿产、地下水等资源的过度开采直接导致了全球范围的地面沉降。基于雷达影像数据的矿区地面沉降分析与地面沉降监测系统的研究为合理开采地下矿产资源、控制地面沉降提供决策依据，也为矿区生态系统恢复与保护提供理论和技术支持，对矿区地质环境的治理具有重要的意义。
　　本文在研究了D-InSAR技术与SBAS-InSAR技术获取地表微小形变的原理与流程的基础上，基于ENVI、SARscape与ArcGIS Engine混合编程技术，使用IDL与C#语言开发了矿区地面沉降监测系统，实现了多重功能：①数据读取、图层管理、地图浏览、空间分析等GIS基本功能；②多视、图像滤波、地理编码等SAR数据预处理功能；③基于D-InSAR技术与SBAS-InSAR技术的矿区地面沉降监测分析功能。详细阐述了系统需求分析与总体设计，分析了每个模块的设计思路、技术流程与核心代码，实现了基于SAR数据的地面沉降监测系统的主要功能模块。
　　系统调试通过后，选择青海省西宁市大通矿区为实验研究区，结合星载 TerraSAR-X卫星影像，对系统各功能模块进行测试验证。针对系统数据预处理模块的验证，对原始的SSC雷达影像数据进行多视、滤波与地理编码等预处理操作，分析了不同的参数与滤波方法对SAR影像预处理结果的影响。针对系统地面沉降监测模块的验证，本文分别使用基于D-InSAR技术与SBAS-InSAR技术分析与研究了研究区地面沉降情况，提取了研究区20131001-20131103、20131103-20131206、20131206-20140130、20140130-20140428时间段内的地面沉降沉降结果图与地面沉降时间序列图，结果表明大通矿区存在明显的地面沉降现象。矿区内共出现3个沉降中心，分别为小煤洞村、大煤洞村与元树尔村沉降区。研究区总沉降面积在4个时间段内分别为3.811km2、3.748km2、4.949km2与2.311km2，最大平均中心沉降量分别为45.7mm、48.9mm、56.7mm与45.8mm，并且沉降区域有连成整体的趋势。研究区内沉降速率最高达到156mm/year，沉降值最高达到91mm，在沉降区内选取10个不同采样点作为研究对象，发现其沉降趋势基本保持一致。

目录

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致谢

1 绪论

1.1 研究背景与意义（Research Background and Significance）

1.2 国内外研究现状（Domestic and Abroad Research Status）

1.3 论文研究内容（Research Content）

1.4 技术路线（Technology Route）

1.5 论文组织结构（Structure of the Thesis）

2 合成孔径雷达技术原理

2.1 合成孔径雷达干涉测量（ Interferometric Synthetic Aperture Radar Technology）

2.2 D-InSAR原理（Principle of D-InSAR Technology）

2.3 SBAS-InSAR原理（Principle of SBAS-InSAR Technology）

2.4 本章小结（Summary）

3 地面沉降监测系统设计与实现

3.1 系统需求分析（System Requirements Analysis）

3.2 系统总体设计（System General Analysis）

3.3 系统功能实现（Implementation of System Functions）

3.4 本章小结（Summary）

4研究区概况与数据预处理

4.1 研究区概况（General Situation of Study Area）

4.2 星载SAR数据（Spaceborne SAR Data）

4.3 数据预处理（SAR Data Preproessing）

4.4 本章小结（Summary）

5地面沉降监测结果与分析

5.1 D-InSAR技术处理（Process of D-InSAR Technology）

5.2 SBAS-InSAR技术处理（Process of SBAS-InSAR Technology）

5.3 结果分析（Result Analysis）

5.4 本章小结（Summary）

6 结论与展望

6.1 结论（Conclusions）

6.2 展望（Prospects）

参考文献

作者简历

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