矿区地表沉降的SBAS监测及沉降预测

摘要

煤炭一直是我国人民生活和经济发展所依赖的最主要能源，其在我国生产和消费结构中所占的比重一直维持在70%左右。国家对煤炭资源的过度依赖也造成一些不可避免的问题，比如煤炭开采造成的地表沉降，严重的可能引发地质灾害，所以对矿区沉降的监测与预防一直是国家急需解决的问题，也成了当下研究的重点。对于矿区的沉降监测，我国目前采用的监测手段主要以水准测量等一些传统技术为主，GPS测量技术也常被使用对矿区进行监测。这些常规技术存在一些缺陷，效率低，受天气影响严重，花费大量的人力物力还具有一定危险性。最主要的是传统监测手段只能获取离散点的形变量，而且监测结果单一，对研究沉降区域的沉降机理意义不大。合成孔径雷达差分干涉测量(D-InSAR)技术是在合成孔径干涉雷达技术(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)的基础上发展起来的一种主动式微波遥感技术，D-InSAR技术监测精度高，覆盖区域广，具备全天候、全天时工作能力等特点，现如今已成为空间对地观测领域研究的重点。D-InSAR技术的优势传统监测手段无法比拟，但缺陷也很明显。使用数据少只能获得单一的沉降数据，而且受失相干问题影响严重，针对这些缺点本文采用一种D-InSAR技术的高级方法，小基线集（Small Baseline Set,SBAS）技术。SBAS技术能够有效克服空间和时间失相干的影响并能获得该地区的时间沉降序列。获得的结果利用改进的支持向量机模型进行预测，并对下阶段沉降做出预测。　　本文首先介绍了D-InSAR技术研究背景、意义以及国内外发展现状，接着介绍了D-InSAR技术的基本原理以及实现方法。实验是论文的主题，本文以江西省某煤矿为例，选取覆盖试验区的雷达影像进行二轨差分处理，选取不同精度的数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)模拟地形相位,并将获得监测结果与水准监测数据进行比较，目的是论证D-InSAR技术用于矿区地表沉降的可行性，并探讨DEM精度对D-InSAR技术监测结果的影响。针对D-InSAR限制因素采用SBAS技术，选取7景覆盖试验区的雷达影像根据时间和空间基线不能过长的原则分成若干个子集，每个子集选定固定影像作为主影像。利用二轨差分技术得到干涉对，通过对这些干涉对进行处理得到该区域的时间沉降序列。最后选取612工作面中的四个像元的累积沉降量作为训练样本，使用粒子群优化支持向量机模型进行拟合与预测。利用预测值制成时间监测曲线，为矿区风险评估以及矿区开采可持续化提供理论支持。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目的与论文结构

2 InSAR技术的基本理论

2.1 InSAR技术基本原理

2.2 D-InSAR技术基本原理

2.3 D-InSAR形变监测精度的主要影响因素

2.4 SBAS技术基本原理

2.5 本章小结

3 D-InSAR技术的具体实现过程及实例数据分析

3.1 实验数据与处理软件

3.2 D-InSAR二轨差分技术的处理

3.3 实例数据分析

3.4 监测结果论证与分析

3.5 本章小结

4 SBAS技术监测矿区地表沉降

4.1 研究区域概况

4.2 小基线集（SBAS）技术的处理

4.3 结果分析

4.4 本章小结

5 基于SBAS技术粒子群优化支持向量机矿区沉降预测

5.1采空区上覆岩体形变的基本特征

5.2 粒子群优化支持向量机原理

5.3 实例分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢