本文關(guān)鍵詞：面向礦區(qū)沉降監(jiān)測的InSAR技術(shù)及應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：煤炭是我國的主要能源之一,由于煤炭資源高強(qiáng)度、大面積的開采,使得開采所引起的地表沉降及環(huán)境災(zāi)害問題日益突出。對礦區(qū)地面沉降進(jìn)行持續(xù)有效監(jiān)測,可及時掌握沉降規(guī)律和地表破壞程度,為合理開采地下礦產(chǎn)資源,控制地面沉降提供決策依據(jù)。傳統(tǒng)地表沉降監(jiān)測方法和技術(shù)覆蓋面小、作業(yè)強(qiáng)度大、效率低、不能適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要。近年來發(fā)展的InSAR技術(shù)具有全天候、全天時、高分辨率和連續(xù)空間覆蓋的優(yōu)勢,已發(fā)展成為新型監(jiān)測礦區(qū)開采沉陷的技術(shù)。然而由于煤礦區(qū)自身地理環(huán)境的特殊性、開采沉陷形變的復(fù)雜性(快速、形變量大)以及InSAR自身成像條件的苛刻性(大氣效應(yīng)、時間失相關(guān)和空間失相關(guān)),使得InSAR技術(shù)在監(jiān)測煤炭開采引起的礦區(qū)地表沉降應(yīng)用上受到諸多限制。因此本文針對InSAR技術(shù)在煤礦區(qū)進(jìn)行地面沉降監(jiān)測中的存在的問題及其相關(guān)算法進(jìn)行研究,以期能夠在一定程度上解決InSAR技術(shù)應(yīng)用于礦區(qū)開采沉陷監(jiān)測存在的問題。本文的研究工作和成果如下：(1)總結(jié)了InSAR技術(shù)的研究現(xiàn)狀,指出了國內(nèi)外在InSAR技術(shù)及相關(guān)算法研究中的不足,闡述了SAR、InSAR、D-InSAR及時序InSAR技術(shù)的基本原理,分析了InSAR系統(tǒng)中的干涉相位、干涉相干性和干涉相位對高程的靈敏度幾個關(guān)鍵參數(shù)。(2)提出一種基于多級匹配策略的干涉SAR影像自動配準(zhǔn)新方法。該方法首先利用改進(jìn)后的SIFT算法提取SAR影像上的特征點并完成特征點初匹配,之后基于RCM算法快速剔除相關(guān)性較低的匹配點對,最后采用RANSAC算法進(jìn)行匹配點對的二次提純,最終完成SAR影像的精確匹配。該方法無需任何先驗衛(wèi)星軌道信息和外部DEM,且整個配準(zhǔn)過程為自動實現(xiàn)。實驗證明該方法能滿足不同波長、不同分辨率及不同相干條件下SAR影像的高精度配準(zhǔn)要求。(3)提出一種基于InSAR數(shù)據(jù)和地面LiDAR點云數(shù)據(jù)融合的方法來實現(xiàn)礦區(qū)地表大梯度形變監(jiān)測。該方法利用地面LiDAR技術(shù)點云數(shù)據(jù)的高密度及其三維建模后單點定位精度高的特點,利用IDW算法,一方面對InSAR形變場中的大梯度形變和失相關(guān)區(qū)域進(jìn)行填補,另一方面對地面LiDAR點云形變場和InSAR形變場的公共覆蓋區(qū)域進(jìn)行加權(quán)平均融合。該方法一定程度上解決了InSAR技術(shù)應(yīng)用于礦區(qū)大梯度形變中所遇到的問題,為利用InSAR技術(shù)實現(xiàn)礦區(qū)內(nèi)大梯度形變監(jiān)測提供了新的途徑和手段。(4)提出一種綜合利用SAR影像幅度和相位信息獲取礦區(qū)地表時間序列沉降的新方法。該方法一方面利用基于幅度信息的ABFT技術(shù)進(jìn)行大梯度形變區(qū)域的監(jiān)測,同時采用基于相位信息的干涉測量技術(shù)進(jìn)行微小變形區(qū)域的監(jiān)測,最后將二者得到的形變監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行融合得到形變區(qū)域的完整監(jiān)測結(jié)果。同時該方法屬于時間序列模型,能反映開采沉陷時序變化特征。(5)引入一種超短基線干涉測量技術(shù)新方法進(jìn)行老采空區(qū)沉降監(jiān)測。該方法相比傳統(tǒng)的干涉差分SAR技術(shù)具有無需外部DEM的優(yōu)勢,避免了外部DEM的引入所帶來的誤差。利用該方法獲取了老采空區(qū)沉降速率和形變時間序列,在此基礎(chǔ)上建立了地表殘余下沉速度循環(huán)周期與采厚、下沉速度循環(huán)峰值與深厚比的經(jīng)驗關(guān)系式,為預(yù)測和評價老采空區(qū)殘余形變提供基礎(chǔ)。(6)構(gòu)建了InSAR技術(shù)監(jiān)測與預(yù)計一體化模型。該模型利用InSAR技術(shù)的全天候、高精度、大區(qū)域等優(yōu)勢進(jìn)行開采沉陷監(jiān)測,獲取開采沉陷的影響范圍與發(fā)展趨勢,得到其時空演化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上將監(jiān)測結(jié)果作為SVR算法的訓(xùn)練與學(xué)習(xí)樣本建立已觀測數(shù)據(jù)與未來沉降之間的函數(shù),并引入PSO算法進(jìn)行SVR函數(shù)最優(yōu)參數(shù)選取,同時采用滾動預(yù)測方法進(jìn)行開采沉陷動態(tài)預(yù)計,最終實現(xiàn)開采沉陷監(jiān)測與預(yù)計的一體化。
【關(guān)鍵詞】：開采沉陷 沉降監(jiān)測 沉降預(yù)計 InSAR 地面LiDAR 大梯度形變 數(shù)據(jù)融合
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD327;TN957.52
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-8
• Abstract8-11
• Extended Abstract11-29
• 變量注釋表29-30
• 1 緒論30-50
• 1.1 選題背景與意義30-32
• 1.2 InSAR研究現(xiàn)狀32-45
• 1.3 目前研究主要存在的問題45-46
• 1.4 主要研究內(nèi)容46
• 1.5 論文結(jié)構(gòu)與章節(jié)安排46-50
• 2 InSAR技術(shù)理論基礎(chǔ)50-69
• 2.1 SAR成像原理和成像特點50-54
• 2.2 InSAR技術(shù)原理54-57
• 2.3 D-InSAR技術(shù)原理57-59
• 2.4 InSAR技術(shù)若干參數(shù)分析59-61
• 2.5 時序InSAR技術(shù)介紹61-68
• 2.6 本章小結(jié)68-69
• 3 多級匹配策略下干涉SAR影像高精度自動配準(zhǔn)研究69-93
• 3.1 引言69-71
• 3.2 基于改進(jìn)SIFT算法的初匹配71-79
• 3.3 匹配點對提純與坐標(biāo)映射函數(shù)建立79-82
• 3.4 SAR影像配準(zhǔn)質(zhì)量評價指標(biāo)82-83
• 3.5 實驗83-92
• 3.6 本章小結(jié)92-93
• 4 融合InSAR數(shù)據(jù)與地面LiDAR數(shù)據(jù)的礦區(qū)大梯度形變監(jiān)測研究93-107
• 4.1 引言93-94
• 4.2 InSAR技術(shù)檢測形變梯度函數(shù)模型94-95
• 4.3 數(shù)據(jù)融合原理95-97
• 4.4 數(shù)據(jù)融合步驟97-98
• 4.5 實驗區(qū)概況98-100
• 4.6 實驗過程與分析100-106
• 4.7 本章小結(jié)106-107
• 5 聯(lián)合SAR影像干涉相位和幅度信息的礦區(qū)時序形變監(jiān)測研究107-127
• 5.1 ABFT技術(shù)理論107-109
• 5.2 基于SAR影像幅度的時序形變建模109-110
• 5.3 相位測量與幅度測量結(jié)果融合110-114
• 5.4 實驗區(qū)概況114-115
• 5.5 實驗過程與分析115-126
• 5.6 本章小結(jié)126-127
• 6 超短基線條件下老采空區(qū)地表InSAR監(jiān)測及沉降規(guī)律研究127-146
• 6.1 老采空區(qū)殘余沉降機(jī)理和特征127-131
• 6.2 超短基線條件下的時序形變建模及參數(shù)求解131-137
• 6.3 實驗區(qū)概況137
• 6.4 實驗過程與分析137-145
• 6.5 本章小結(jié)145-146
• 7 基于InSAR與SVR算法的監(jiān)測與預(yù)計一體化模型研究146-158
• 7.1 礦山開采沉陷預(yù)計方法概述146-148
• 7.2 基于InSAR技術(shù)與SVR算法的監(jiān)測與預(yù)計一體化模型構(gòu)建148-153
• 7.3 模型精度評估指標(biāo)153
• 7.4 實驗153-157
• 7.5 本章小結(jié)157-158
• 8 結(jié)論與展望158-163
• 8.1 主要工作158-160
• 8.2 主要創(chuàng)新點160-161
• 8.3 不足與展望161-163
• 參考文獻(xiàn)163-178
• 作者簡歷178-181
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集181

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 齊海寧,洪峻;一種結(jié)合最優(yōu)相干運算的極化干涉SAR相干配準(zhǔn)方法[J];遙感技術(shù)與應(yīng)用;2004年06期

  本文關(guān)鍵詞：面向礦區(qū)沉降監(jiān)測的InSAR技術(shù)及應(yīng)用研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：351504