【摘 要】
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煤炭资源的大规模或过度开采引发了矿区一系列生态环境、地表沉陷以及人民安全等问题,加之小型煤矿的增多又加剧了这些问题的严重性。因此,亟须对矿区开采沉陷进行及时、高效的全面监测及分析,从而掌握开采沉陷规律,为矿区开采及治理提供可靠依据。合成孔径雷达干涉测量(Interferometry Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术作为一种先进的对地观测方法,因其全天时、全天候、大
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煤炭资源的大规模或过度开采引发了矿区一系列生态环境、地表沉陷以及人民安全等问题,加之小型煤矿的增多又加剧了这些问题的严重性。因此,亟须对矿区开采沉陷进行及时、高效的全面监测及分析,从而掌握开采沉陷规律,为矿区开采及治理提供可靠依据。合成孔径雷达干涉测量(Interferometry Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术作为一种先进的对地观测方法,因其全天时、全天候、大范围等特点得到了迅速发展,被广泛应用于矿区地表开采沉降监测。尤其在小量级且缓慢的矿区地表沉陷监测中得到了良好的结果。但是矿区开采存在量级大、速度快等特点,易造成失相干、大气延迟及DEM精度低等问题,使得传统的InSAR技术在矿区地表监测应用中受到限制。针对该问题,本文采用时序InSAR技术对陕西省黄陵矿区进行开采沉陷监测研究,主要研究工作和结论如下:(1)以陕西省黄陵矿区为研究区域,选取覆盖研究区域的12景ALOS PALSAR(2007年-2009年)和92景Sentinel-1A(2017年-2020年)数据。采用干涉图叠加技术(Stacking-InSAR)分别对两个不同时期的数据进行大范围沉降探测,成功获得了黄陵矿区的年平均沉降速率。然后结合搜集到的黄陵矿区工作面开采的相关资料,利用Arcgis软件对以上两种监测结果进行对比分析,得到Stacking-InSAR技术监测结果与矿区工作面分布相一致,表明了该技术可以对矿区大范围地表沉降进行监测,且监测结果较为可靠。(2)选取覆盖803工作面完整开采时间的20景Sentinel-1A数据,首先采用组合模式的小基线集和相干点目标分析技术(SBAS-IPTA)获得了年平均沉降速率和时序累积沉降量,结合矿区相关资料,对监测结果进行剖线、等值线及特征点分析,得到沉降区域与矿区工作面分布、开采情况具有良好的一致性。然后采用多主影像相干点目标分析技术(多主影像IPTA)对20景Sentinel-1A进行处理,提取了年平均沉降速率及时序累积沉降量,并对监测结果进行对比分析,发现监测的沉降速率和最大累积沉降量与SBAS-IPTA监测结果相差约15 mm,且沉降区域与工作面分布一致,表明多主影像IPTA技术也可以应用于矿区地表微小、缓慢沉降监测。(3)将SBAS-IPTA监测的时序累积沉降量与支持向量回归算法相结合进行矿区开采沉陷预计。首先将时序累积沉降量划分为训练集和测试集;然后利用训练集构建模型;最后利用平均绝对误差、均方根误差、决定系数三个精度评价指标参数对测试集的预计结果进行精度评估,得到支持向量回归预计结果与SBAS-IPTA监测结果较一致。结果表明本文所构建的开采沉陷预计模型精度高,满足矿区工程需求,为矿区开采沉陷预计提供一种方法。
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