基于單視線向D-InSAR技術(shù)的開(kāi)采沉陷監(jiān)測(cè)方法研究.pdf

1、合成孔徑雷達(dá)差分干涉測(cè)量技術(shù)(D-InSAR)作為礦區(qū)采動(dòng)地表變形監(jiān)測(cè)的一種重要方法，憑借其全天候、全天時(shí)、強(qiáng)大的透能力、以及快速獲取實(shí)時(shí)、高精度、大面積沉陷盆地范圍形變場(chǎng)等優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)技術(shù)監(jiān)測(cè)礦區(qū)沉陷的不足，為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究礦區(qū)開(kāi)采沉陷時(shí)空變化規(guī)律提供十分重要幫助。然而傳統(tǒng)單視線向D-InSAR技術(shù)僅能獲取視線向(LOS，Line of Sight)變形值，其監(jiān)測(cè)結(jié)果不能反映真實(shí)三維地表形變，容易造成對(duì)地表形變監(jiān)測(cè)信息的誤判或漏判，

2、嚴(yán)重制約D-InSAR技術(shù)在礦山變形監(jiān)測(cè)中的推廣及應(yīng)用。針對(duì)此問(wèn)題，本文融合單視線向D-InSAR成像原理與礦山開(kāi)采沉陷預(yù)計(jì)理論，開(kāi)展了基于單視線向D-InSAR的礦山地表移動(dòng)與變形監(jiān)測(cè)方法研究。取得主要成果如下:
　　(1)分析研究了當(dāng)前礦山InSAR監(jiān)測(cè)的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀。文獻(xiàn)研究表明，目前基于SAR的礦山變形監(jiān)測(cè)技術(shù)在廣適應(yīng)開(kāi)采沉陷監(jiān)測(cè)模型、全部概率積分預(yù)計(jì)參數(shù)反演方法、開(kāi)采沉陷大變形梯度監(jiān)測(cè)理論等方面存在明顯不足，嚴(yán)重制約了I

3、nSAR技術(shù)在礦山變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用。針對(duì)上述不足，本文聚焦“基于單視線向的礦山開(kāi)采監(jiān)測(cè)方法”為研究?jī)?nèi)容，制定了詳細(xì)研究方案和研究技術(shù)路線。
　　(2)通過(guò)理論、實(shí)驗(yàn)和模擬方式剖析了當(dāng)前礦山InSAR變形監(jiān)測(cè)方法存在的不足。當(dāng)前基于單視線向D-InSAR監(jiān)測(cè)僅能捕獲采動(dòng)地表LOS向變形，并不能準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)采動(dòng)地表三維變形。同時(shí)開(kāi)展了基于二軌法的D-InSAR驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，成功獲取了顧橋南礦1613工作面2017年10月23日至20

4、18年1月15日的歷史形變場(chǎng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在D-InSAR容許的形變梯度范圍內(nèi)，可采用常規(guī)D-InSAR技術(shù)監(jiān)測(cè)沿LOS向的移動(dòng)變形。在礦山地表三維變形監(jiān)測(cè)理論與技術(shù)方面，一方面分析了傳統(tǒng)三維變形監(jiān)測(cè)方法不適用于礦山沉陷監(jiān)測(cè)的原因，另一方面通過(guò)理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證D-InSAR LOS向變形本質(zhì)為下沉、東西方向水平移動(dòng)和南北方向水平移動(dòng)沿LOS向投影的矢量之和。為后續(xù)開(kāi)展基于單視線向InSAR的開(kāi)采沉陷監(jiān)測(cè)方法研究提供理論支持。

5、　　(3)構(gòu)建基于單視線向D-InSAR技術(shù)的傾斜煤層開(kāi)采地表移動(dòng)變形提取模型。本文通過(guò)分析衛(wèi)星回訪經(jīng)過(guò)目標(biāo)沉陷盆地上方成像過(guò)程及SAR影像像元陣列分布情況，尋找D-InSAR LOS向變形與下沉、南北方向水平移動(dòng)和東西方向水平移動(dòng)關(guān)系，結(jié)合傾斜煤層開(kāi)采沉陷規(guī)律，在假設(shè)影像第一行、第一列水平移動(dòng)為零的情況下，構(gòu)建基于單視線向D-InSAR技術(shù)的傾斜煤層開(kāi)采地表移動(dòng)變形提取模型。以淮南煤層地質(zhì)采礦條件為背景，以TerraSAR-X數(shù)據(jù)為例

6、構(gòu)造了模擬實(shí)驗(yàn)，模擬實(shí)驗(yàn)表明，本文構(gòu)建的模型能夠較為精準(zhǔn)的提取礦區(qū)開(kāi)采引起的下沉和水平移動(dòng)。以淮南顧橋南礦1613工作面與Sentinel-1A數(shù)據(jù)為例，對(duì)本文構(gòu)建的模型進(jìn)行了工程實(shí)例應(yīng)用，結(jié)果表明本文構(gòu)建的模型可以從D-InSAR LOS向變形場(chǎng)中較為精準(zhǔn)的提取下沉和水平移動(dòng)。最后利用構(gòu)建的模型，成功地監(jiān)測(cè)了20171023-20180115時(shí)段顧橋南礦1613工作面開(kāi)采引起的超前影響角，并對(duì)其超前影響角規(guī)律進(jìn)行分析與精度驗(yàn)證，結(jié)果表

7、明，利用本文建立的模型反演的下沉值可較為準(zhǔn)確地求取礦區(qū)超前影響角。
　　(4)構(gòu)建基于單視線向D-InSAR的模擬退火法概率積分參數(shù)反演模型。概率積分參數(shù)反演是融合概率積分法模型與單視線D-InSAR監(jiān)測(cè)開(kāi)采沉陷的難點(diǎn)。本文通過(guò)分析D-InSAR LOS向變形與礦區(qū)三維變形之間的投影關(guān)系，結(jié)合礦山開(kāi)采沉陷概率積分法預(yù)計(jì)模型，基于非線性規(guī)劃理論，構(gòu)建基于單視線向D-InSAR的模擬退火算法概率積分參數(shù)反演模型。以淮南煤層地質(zhì)采礦條件