煤炭作為我國的主要能源,為社會經(jīng)濟發(fā)展做出了巨大貢獻,但與此同時,煤炭開采也引發(fā)了一系列環(huán)境災害問題。加強礦區(qū)地面沉降監(jiān)測,掌握地表破壞程度及地面沉陷規(guī)律,對合理開采地下煤炭資源、礦區(qū)生態(tài)環(huán)境修復、災害預測防治具有重要意義。傳統(tǒng)地面觀測方法效率低、工作強度大、安全性差、成本高,不能滿足應用需求。In SAR技術具有全天時全天候成像、空間分辨率高、覆蓋范圍廣、重復觀測便捷的優(yōu)勢,已發(fā)展成為礦區(qū)地面沉陷監(jiān)測的一種新手段。然而In SAR技術干涉成像受時空基線、大氣效應、軌道誤差等因素限制,且煤炭開采沉陷往往具有形變量大、發(fā)展快等特點,使得礦區(qū)地面沉降In SAR監(jiān)測還存在諸多問題。另外,隨著SAR遙感衛(wèi)星不斷增加,很多區(qū)域具有多顆SAR衛(wèi)星數(shù)據(jù),如何融合處理這些不同時空分辨率的SAR數(shù)據(jù)集,是目前礦區(qū)In SAR監(jiān)測需直面的問題。因此,本文針對In SAR技術在礦區(qū)地面沉降監(jiān)測研究中存在的不足,結合河北峰峰礦區(qū)及江蘇徐州礦區(qū)實際,進行基于多源星載SAR數(shù)據(jù)的礦區(qū)地面沉降監(jiān)測研究,解決多源SAR數(shù)據(jù)的融合處理、礦區(qū)非線性形變In SAR監(jiān)測及應用問題。論文主要研究工作及成果總結如下:(1)總結了In SAR技術的研究發(fā)展現(xiàn)狀,闡述了D-In SAR、時序In SAR技術的理論基礎,介紹了In SAR測高原理、D-In SAR及時序In SAR方法流程,分析了干涉相位的構成及形成機理,探討了D-In SAR失相干因素及一些常用解決方案。(2)提出了多源星載SAR數(shù)據(jù)融合處理時序方法。該方法對覆蓋相同空間區(qū)域的星載SAR數(shù)據(jù)進行地理編碼,將不同坐標系統(tǒng)的星載SAR數(shù)據(jù)轉換到相同的坐標系統(tǒng)下,統(tǒng)一多平臺SAR數(shù)據(jù)空間分辨率和坐標系。采用三維分解方法提取每種SAR數(shù)據(jù)集垂直方向上的觀測量進行融合處理,解決不同SAR影像觀測方向不一致的問題�；赟BAS研究思路實現(xiàn)多源SAR數(shù)據(jù)聯(lián)合監(jiān)測地面沉降,在考慮不同波長對融合觀測影響的前提下,提出依據(jù)干涉圖質(zhì)量加權的多源星載SAR數(shù)據(jù)融合處理方法。實驗證明該方法可以有效地實現(xiàn)多源SAR數(shù)據(jù)融合處理,增加觀測量,擴展觀測時間,提高觀測精度。(3)提出了一種采用概率積分預計與In SAR技術融合提取礦區(qū)沉陷盆地的方法。根據(jù)In SAR可監(jiān)測的形變梯度,研究了礦區(qū)沉陷盆地信息融合提取的實施方案,設定融合的上下臨界閾值,大于上臨界閾值選擇概率積分預計結果作為融合盆地中心區(qū)域的沉降值,小于下臨界閾值以In SAR監(jiān)測結果作為融合盆地邊緣區(qū)域的沉降值,根據(jù)In SAR和概率預計與水準結果的誤差值設定融合權重值,獲取上下臨界閾值間的融合結果作為礦區(qū)沉陷盆地最終值,以克服In SAR技術在礦區(qū)大量級形變提取容易產(chǎn)生失相干,概率積分方法在礦區(qū)沉陷盆地周圍區(qū)域提取精度低的不足。(4)探討了礦區(qū)采后地表小形變的星載SAR監(jiān)測問題�；赟entinel影像分析礦區(qū)采后地表小形變演化規(guī)律,應用TOPS模式數(shù)據(jù)獲取礦區(qū)采后地面沉降速率空間分布結果及時序結果,結合光學影像分類結果,研究礦區(qū)地面沉降和地表土地利用類型間的關系,揭示礦區(qū)采后地表形變的空間分布特征,實現(xiàn)對礦區(qū)采后小形變的長期高精度監(jiān)測,為采后地表穩(wěn)定性分析、礦區(qū)土地合理開發(fā)利用及地表建筑物的安全評價等提供依據(jù)。(5)提出了礦區(qū)地表沉降長時序多源SAR監(jiān)測數(shù)據(jù)分析的MFM方法(多模型聯(lián)合時序方法,Multi-function Fusion Method)。該方法采用線性函數(shù)、階躍函數(shù)、多項式函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、三角函數(shù)以及概率積分等多種函數(shù)模型聯(lián)合解算非線性變化地表形變,采用Tikhonov正則化方法優(yōu)化觀測方程的解算結果,獲取長期且具有復雜變化特征的地面形變。河北峰峰礦區(qū)實例研究表明,該方法在一定程度上克服了傳統(tǒng)In SAR時序方法的不足,結合不同時段的SAR數(shù)據(jù)融合方法,能夠獲取礦區(qū)長時序地表沉降結果,揭示礦區(qū)開采全周期地表形變的時空演變規(guī)律。
【學位單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TD325.4
【部分圖文】：

2017 年我國能源消費總量 44.9 億噸標準煤，其中煤炭消費占能源消費總量的 60.4%，預計到 2030 年煤炭在一次能源消費中占比不低于 55%[3, 4]，在未來相當長的時期內(nèi)，煤炭作為主體能源的地位不會發(fā)生改變。煤炭資源開發(fā)利用為我國社會經(jīng)濟發(fā)展做出了巨大貢獻，但傳統(tǒng)煤炭開采嚴重破壞了當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境（見圖 1-1）。煤炭開采產(chǎn)生的矸石、外排土壓占大量可利用土地資源[5, 6]，大面積采空區(qū)造成地面塌陷、地裂縫、不穩(wěn)定邊坡，容易引起滑坡、泥石流等地質(zhì)災害[7, 8]。隨著煤礦開采范圍和開采強度不斷增加，礦區(qū)塌陷面積逐漸增大，可用有效土地不斷減少，嚴重制約當?shù)亟?jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。地面塌陷損害地表房屋、道路、橋梁、管線等基礎設施，給當?shù)鼐用竦纳敭a(chǎn)安全造成極大威脅。如何保證煤炭資源合理開采的同時又能有效的保護生態(tài)環(huán)境及土地資源，是我們面臨的一大難題。需將地面沉降防治工作作為一項長期工作，對礦區(qū)進行持續(xù)有效的監(jiān)測和控制，及時發(fā)現(xiàn)地表的破壞情況，掌握地面沉降規(guī)律，為資源合理開采、地面沉降的控制提供科學依據(jù)，同時為廢棄礦區(qū)土地資源的再利用提供技術支持。

（Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR）是一種利測的 SAR 數(shù)據(jù)進行相干處理獲取地表信息的技術。根據(jù)雷達InSAR 可以分為三種不同方式的干涉測量：交叉軌道干涉（etry，XTI），在垂直衛(wèi)星飛行方向上安裝兩個獨立天線同時接主要用于地形測繪；順軌干涉（Along-track Interferometry，方向上安裝兩個天線先后接收雷達回波信號，主要用于洋流測；重復軌道干涉（Repeat-track Interferometry，RTI）是指衛(wèi)區(qū)獲取 SAR 圖像，可以同時實現(xiàn)地形測繪和地表移動變化測測量屬于 RTI 范疇。本章主要分析 InSAR 測高原理、干涉相 原理及失相干原因、時序 InSAR 原理方法�？讖嚼走_差分干涉技術（Differential Synthetic nterferometry）AR 測高原理R 發(fā)展之初主要用于測量地形，圖 2-1 展示了 InSAR 測量高度

博士學位論文 2//4 4sinflatPB B 的相位差為： 14= sin cos cos sin sinflatPB 很小，可近似認為cos 1 ，s in ，簡化公生變化的函數(shù)關系式： 4cos B 對相位的影響非常大，以 ERS-1 衛(wèi)星為例， 5.6cm 100m，當 變化 0.2 度時，干涉相位變化量 77.54 周相位�？梢钥闯�，在沒有高程影響的平坦地區(qū)會產(chǎn)生的平地效應。平地效應會導致地面干涉條紋過密，增加相行相位解纏前往往需要去除平地相位，降低解纏難度。

【參考文獻】

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本文編號：2832798