面向矿区沉降监测的InSAR技术应用研究

摘要

矿山开采沉陷导致地面生态环境恶化、建构筑物受损。开采沉陷监测是研究矿山沉陷规律、减轻采动损害的关键。常规地面沉陷监测方法大多为点线监测，难以获得大面积开采沉陷数据，成为制约深入研究开采沉陷规律的问题之一。深入研究具有分辨率高、全天侯、非接触的InSAR技术监测开采沉陷及建构筑物变形的相关理论和方法，对于深入研究开采沉陷规律、防止和减轻采动对建构筑物的损害具有重要的实用价值。本文在分析InSAR技术误差来源的基础上，对InSAR技术监测开采沉陷的适应性、采动区建构筑物变形监测及基于InSAR的矿区开采沉陷预测等进行了研究。
　　本研究主要内容包括：⑴在分析研究InSAR监测矿区沉降的误差源及限制因素基础上，重点研究了不同DEM误差对InSAR监测矿区沉降的影响，实验表明，由三维激光扫描仪及地形图生成的DEM在沟壑区域能有效地辅助DInSAR监测出采空区的微小形变。由TerraSAR-X影像获取的DEM和SRTM3 DEM辅助监测采空区微小形变的效果较差，对于复杂地形区域的地表形变应采用高分辨率的DEM。⑵分析了InSAR技术监测矿区大形变的适宜性。基于InSAR和开采沉陷理论，给出了可完整监测形变梯度条件下，最小深厚比与SAR影像波长、地面分辨率之间关系，为合理选取不同波长、不同分辨率影像提供了依据。同时指出对于沉降梯度大的区域，可结合幅度、部分测点等信息监测矿区大量级沉降。⑶针对采动区建构筑物安全性监控问题，在分析研究SBAS技术特点基础上，应用SBAS技术分别监测了矿区村庄、高速公路及老采空区上方建筑的沉降情况，有效避免了InSAR无法监测矿区快速大量级沉降的缺点。通过对比分析SBAS、DInAR监测值及监测区域的水准测量资料，表明 SBAS在对长时间序列及空间基线较长的建筑物区域 SAR数据处理中能获取更可靠的沉降值，应用SBAS方法监测矿区沉降能实现高精度、高时空分辨率的形变监测，为采动影响区建构筑物安全性监控提供了技术方法。⑷探讨了基于多时相DInSAR技术的矿区三维形变预计方法。根据开采沉陷垂直位移和水平位移之间的关系，现场测量的相邻工作面的沉降情况，及DInSAR技术测量结果，获取了深部开采沉陷的三维移动规律。探讨了应用DInSAR与尽量少的GPS点求取具有大量级沉降的矿区概率积分法参数方法，给出了合理布设GPS点的方法。

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1 绪论

1.1 研究背景和意义（Research Background and Significance）

1.2 国内外研究现状(Status of Research at Home and Abroad)

1.3 研究内容及结构安排（Research Contents and Struture）

2 InSAR技术原理与方法

2.1 InSAR技术理论模型及分析(Theoretical Model and Analysis of InSAR Technique)

2.2 DInSAR技术理论及分析（Theory and Analysis of DInSAR）

2.3 PS 技术原理及处理流程(Principle and Process Flow of PS Technique）

2.4 SBAS 技术原理和处理流程(Principle and Process Flow of SBAS Technique）

2.5 PS与SBAS理论上比较分析（Difference of PS and SBAS in Theories）

2.6 本章小结（Chapter Summary）

3 InSAR监测矿区沉陷适应性分析

3.1 时空失相关及大气噪声影响(Spatial-temporal Decorrelation and Atmospheric Noise)

3.2DEM精度对DInSAR监测采空区沉降的影响分析(The Effect of DEM Precision on Goaf Subsidence Monitoring by DInSAR Technique)

3.3轨道误差(Orbit Error)

3.4 矿区开采沉陷监测的 SAR 数据适宜性分析（ Suitability Analysis of SAR Data in Mining Subsidence Monitoring）

3.5本章小结（Chapter Summary）

4 基于SBAS的采动区建构筑物形变监测

4.1基于SBAS的采动区房屋形变监测(Deformation Monitoring of Buildings in Mining Area Based on SBAS Technique)

4.2 基于 SBAS 的高速公路形变监测 (Freeway Subsidence Monitoring Based on SBAS Technique)

4.3基于InSAR技术的老采空区稳定性分析 (Old Goaf Stability Analysis Based on InSAR Techniques)

4.4本章小结（Chapter Summary）

5 基于DInSAR监测的矿区沉降预测参数反演

5.1 基于 DInSAR 监测的深部矿区开采沉陷预计参数反演(Deep Mining Subsidence Prediction Parameters Inversion Based on DInSAR Monitoring Results)

5.2基于DInSAR与GPS结合的概率积分法参数求取(Probability integral Method Parameters Calculation based on DInSAR and GPS)

5.3本章小结（Chapter 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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