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融合D-InSAR和GIS技术的矿区沉陷形变监测方法研究与应用

余礼仁  
【摘要】:煤炭资源是非常重要的自然资源,在我国国民经济建设中有着重要的作用。然而矿区资源的大规模开发导致地表沉陷和环境问题日趋严重,给开采地区带来极大的生态环境风险,加剧生态环境保护压力。对煤矿区地表形变监测能有效的为煤矿安全开采以及矿区生态坏境治理提供强有力的依据。传统煤矿区地表形变监测方法由于存在费时、费力、监测成本高等缺陷,已经无法满足当前社会发展的技术需求。因此,利用现有的地表形变监测新技术对煤矿区进行沉降监测是一个值得深入探讨的方向。本文主要介绍基于D-InSAR和GIS技术相结合的方法对煤矿区地表沉降进行监测研究,收集了相关的资料。在介绍D-InSAR基本原理和其测量地表形变采用的基本方法基础上,分析了 D-InSAR技术监测地表形变的精度影响因素。然后分别介绍D-InSAR和GIS数据处理过程,并以淮北袁店二矿为例,采用D-InSAR和GIS两者相结合的技术,对矿区地表形变进行监测研究。本文采用9景C波段READASAT-2数据和6景SENTINEL-1数据,将相临近的干涉对两两结合,分别进行差分干涉处理。获得了各影像对成像期间内的地表沉降分布图。然后将D-InSAR监测形变图转换坐标后导入ArcGIS软件中处理,叠加开采平面CASS图来分析地表沉降情况,并以GIS分析成果显示,包括沉降区域的提取、剖面分析和叠加分析来研究分析工作面上方的地表沉降信息。通过各期结果的验证,并与实测数据相比较,结果表明:D-InSAR技术监测获取的形变图中可以清晰的显示袁店二矿三个工作面开采期间地表沉陷区域的分布,显示的研究区沉陷位置和范围与井上下对照图基本相一致,沉陷区域与范围随着工作面下方采煤的推进而出现相应的变化。D-InSAR和GIS技术的结合能够及时有效地监测矿区地表沉陷,为矿区沉降灾害的监测预计提供可靠的依据。最后本文在D-InSAR与GIS相结合的基础上对数据预处理结果进行数据的后续处理分析。结合D-InSAR和GIS技术相融合的方法获取的沉降数据,采用三次样条插值与灰色预测组合模型GM(1,1)进行拟合并预测,得到了 7225工作面中心区域的下沉趋势,通过分析了解矿区地表形变规律以及下阶段沉降趋势,为预防矿区重大灾害,保证煤炭绿色安全生产提供了重要的判断依据。


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