利用哨兵卫星SAR影像监测红庆河煤矿地表形变

论文摘要

地下煤炭开采导致地表沉陷问题日益突出,对人身安全和设施稳定性构成严重威胁。因此,有必要对矿区地表沉陷进行持续、全面的监测以及预测预警。水准、GPS测量等方法,虽然精度较高,但是存在工作量大、效率低、观测点稀疏等问题,难以详细刻画地表沉陷的时间演化和空间分布特征。合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术具有广覆盖、高分辨率、全天候、非接触等优点,成为目前常用的地表沉陷监测技术手段之一。尤其是基于相干目标（如永久散射体PS、分布式散射体DS等）的时序InSAR,能够以mm级的精度进行形变监测。最新发射的哨兵1号卫星能够以6天的重访周期实现快速的重复测量,为研究煤矿开采导致的地表沉陷规律提供了研究条件。本文基于哨兵1A卫星影像,以红庆河煤矿为研究对象,研究地表沉陷的时序InSAR监测方法以及时空演化规律,主要内容如下:（1）优化了哨兵1A号卫星影像的配准方法。哨兵1A卫星独特的成像方式使得影像的配准难度加大,需要在几何配准的基础上采用增强谱分集才能满足其配准精度。常规的增强谱分集处理过程是采用末端多视,理论上相干性小于0.2时,增强谱分集难以获取满足配准精度的干涉图。本文对增强谱分集处理流程进行了优化,采用提前多视处理,进一步提高配准精度和可靠性,确保影像的配准精度达到要求,通过模拟实验证明了改进后的处理流程具有一定优势,且编程实现该了算法,并成功应用红庆河煤矿的地表沉陷监测。（2）介绍了DS-InSAR的处理流程,详细阐述了DSC识别等关键步骤;对比分析了PS-InSAR和DS-InSAR的形变监测能力以及优缺点,利用哨兵1A数据和TanDEM,采用PSInSAR和DSInSAR技术分别提取出了红庆河煤矿2017-2018年间的地表沉陷信息,发现地面沉降面积约为32.3km2,并结合开采进度对地表沉陷的时间演化和空间分布进行了分析,阐明了煤矿开采是导致地面沉降的主要原因。此外,相比于PS-InSAR,DS-InSAR更适合于该区域。（3）开展了地表沉陷预测研究。在煤矿开采地表移动变形理论的基础上,以主断面为研究对象,利用支持向量回归（SVR）模型建立了沉陷预计函数。根据DS-InSAR提取的时序沉陷值,采用粒子群（PSO）算法解算出了相关参数,初步实现了地表沉陷的预测。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 TOPS模式精配准
•     1.2.2 分布式目标研究现状
•   1.3 研究目的与研究内容
•   1.4 论文技术路线及组织结构
• 第二章 哨兵TOPS模式干涉原理
•   2.1 InSAR基本原理
•   2.2 哨兵卫星介绍
•     2.2.1 TOPS模式成像
•     2.2.2 TOPS模式配准
•   2.3 几何配准算法原理
•   2.4 TOPS精配准
•     2.4.1 增强谱分集
•     2.4.2 增强谱分集流程改进
•   2.5 本章小结
• 第三章 分布式目标
•   3.1 分布式目标原理
•   3.2 同质滤波
•   3.3 相位平差
•   3.4 分布式目标在形变监测中的应用
•     3.4.1 红庆河煤矿概况
•     3.4.2 红庆河煤矿地质特征
•     3.4.3 实验数据
•     3.4.4 数据处理与结果分析
•   3.5 本章小结
• 第四章 矿山地表移动预测
•   4.1 地表移动盆地成因
•   4.2 支持向量回归模型（SVR）理论
•   4.3 开采沉陷模型处理步骤
•   4.4预测模型实验
•     4.4.1 数据处理
•     4.4.2 精度分析
•   4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
•   5.1 论文所做的主要工作
•   5.2 未来工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 胡爽

导师: 龙四春,吴文豪

关键词: 哨兵卫星,增强谱分集,分布式目标,沉降监测

来源: 湖南科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 自然地理学和测绘学,矿业工程,矿业工程

单位: 湖南科技大学

基金: 国家自然科学基金

分类号: TD17;TD327

DOI: 10.27738/d.cnki.ghnkd.2019.000194

总页数: 68

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