联合DInSAR与Offset-tracking技术监测高强度采区开采沉陷的方法
徐小波(1988— ),男,江西上饶人,讲师,博士,主要从事InSAR监测地表形变研究。E-mail: Tim-xxb@163.com |
收稿日期: 2019-12-02
要求修回日期: 2020-04-13
网络出版日期: 2021-02-25
基金资助
国家自然科学基金项目(41701515)
国家自然科学基金委员会与神华集团有限责任公司联合基金项目(U1261106)
国家自然科学基金委员会与神华集团有限责任公司联合基金项目(U1261206)
地震动力学国家重点实验室开放基金(LED2018B04)
江苏省自然科学基金(BK20170379)
版权
Monitoring Ground Subsidence in High-intensity Mining Area by Integrating DInSAR and Offset-tracking Technology
Received date: 2019-12-02
Request revised date: 2020-04-13
Online published: 2021-02-25
Supported by
National Natural Science Foundation of China(41701515)
National Natural Science Foundation of China and the Shenhua Coal Industry Group Company Limited(U1261106)
National Natural Science Foundation of China and the Shenhua Coal Industry Group Company Limited(U1261206)
State Key Laboratory of Earthquake Dynamics(LED2018B04)
National Natural Science Foundation of Jiangsu Province(BK20170379)
Copyright
高强度煤炭开采产生巨大的地表形变,形变相位梯度过大导致干涉测量解缠错误,单一采用常规DInSAR及其衍生技术都无法获得地表沉陷主值。本文提出一种新的解决方案,即联合利用DInSAR与偏移量追踪技术(Offset-tracking)各自的技术优势,实现开采区大变形的准确提取,并基于GAUSS函数模型拟合恢复沉陷区剖面形态。基于2012年2月13日和2012年11月27日两景高分辨率SAR数据(RADARSAT-2,5 m精细波束模式(MF5))为数据源,以神东矿区布尔台矿、寸草塔一矿、二矿为研究区,采用常规DInSAR技术获得亚厘米级沉陷区边界,边界沉陷值处于-0.01~ -0.02 m;利用偏移量追踪方法获取米级地表沉陷中心主值,中心沉陷值集中在-1.0~ -4.0 m。将2种方法监测到沉陷信息分段融合,最后采用GAUSS函数模型重构矿区开采沉陷下沉特征曲线。结果表明,偏移量追踪方法可弥补DInSAR技术监测大量级形变信息的不足,联合技术可完整获取高强度采区的大形变沉陷。
徐小波 , 马超 , 单新建 , 连达军 , 屈春燕 , 白俊武 . 联合DInSAR与Offset-tracking技术监测高强度采区开采沉陷的方法[J]. 地球信息科学学报, 2020 , 22(12) : 2425 -2435 . DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.190741
High-intensity underground mining leads to huge surface deformation, and excessive deformation phase gradients could lead to interference unwrapping errors. Currently, the characteristics of surface subsidence cannot be obtained well by conventional DInSAR and its derivative technologies. In this paper, we propose a new method, which combines DInSAR and Offset-tracking technology to extract large-scale deformation accurately, and further restore settlement field shape using the GAUSS function model. We take Bu'ertai Mine, and Cuncaota No.1 and No.2 Mine in Shendong Mining Area as research areas and use the high-resolution RADARSAT-2 data with 5 m fine beam model (MF5) on February 13, 2012 and November 27, 2012 to obtain the mine subsidence boundaries at sub-centimeter level using DInSAR technology and the mine subsidence center at meter level using Offset-tracking method. The boundary subsidence value is -0.01~ -0.02 m and the central subsidence value is -1.0~ -4.0 m. The whole subsidence field is then retrieved by integrating above two results. Finally, the GAUSS function model is used to fit the mining subsidence boundary and central, and to reconstruct the characteristic curve of mining subsidence. Our results demonstrate that the Offset-tracking method could compensate the deficiency of DInSAR in large deformation extraction, and the combination of these two techniques could effectively and accurately extract large-scale subsidence field in mining areas.
表1 实验区RADARSAT-2数据基本信息Tab.1 Imaging parameters and geometry of RADARSAT-2 data |
编号 | 获取时间 | 像元大小/m (距离×方位) | 时间基线 /d | 垂直基线 /m |
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1 | 2012-02-13 | 2.7×2.9 | 289 | 27.98 |
2 | 2012-11-27 | 2.7×2.9 |
[1] |
郭文兵, 王云广. 基于绿色开采的高强度开采定义及其指标体系研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2017,34(4):616-623.
[
|
[2] |
郭文兵, 白二虎, 杨达明. 煤矿厚煤层高强度开采技术特征及指标研究[J]. 煤炭学报, 2018,43(8):2117-2125.
[
|
[3] |
马雯思, 马超, 刘玮. 陕西彬长矿区NDVI3g(1982-2013)变化趋势及气候响应[J]. 煤炭学报, 2019,44(4):1197-1206.
[
|
[4] |
马超, 徐小波, 刘春国, 等. 高分辨率星载SAR矿区灾害监测的应用潜力[J]. 河南理工大学学报(自然科学版), 2011,30(6):684-689.
[
|
[5] |
|
[6] |
|
[7] |
屈春燕, 左荣虎, 单新建, 等. 尼泊尔Mw 7.8地震InSAR同震形变场及断层滑动分布[J]. 地球物理学报, 2017,60(1):151-162.
[
|
[8] |
朱建军, 邢学敏, 胡俊, 等. 利用InSAR技术监测矿区地表形变[J]. 中国有色金属学报, 2011,21(10):2564-2576.
[
|
[9] |
邓喀中, 姚宁, 卢正, 等. D-InSAR监测开采沉陷的实验研究[J]. 金属矿山, 2009,39(12):25-27.
[
|
[10] |
吴立新, 高均海, 葛大庆, 等. 基于D-InSAR的煤矿区开采沉陷遥感监测技术分析[J]. 地理与地理信息科学, 2004,20(3):22-25.
[
|
[11] |
黄继磊. 面向矿区大梯度形变监测的SAR影像Pixel-tracking关键问题研究[D]. 徐州:中国矿业大学, 2017.
[
|
[12] |
|
[13] |
|
[14] |
刘志敏, 李永生, 张景发, 等. 基于SBAS_InSAR的长治矿区地表形变监测[J]. 国土资源遥感, 2014,26(3):37-42.
[
|
[15] |
李国华, 薛继群. 基于短基线集技术的矿区开采沉陷监测研究[J]. 测绘与空间地理信息, 2013,36(3):191-196.
[
|
[16] |
尹洪杰, 朱建军, 李志伟, 等. 基于SBAS的矿区形变监测研究[J]. 测绘学报, 2011,40(1):52-58.
[
|
[17] |
葛大庆, 王艳, 郭小方, 等. 利用短基线差分干涉纹图集监测地表形变场[J]. 大地测量与地球动力学, 2008,28(2):61-66.
[
|
[18] |
|
[19] |
刘国祥, 陈强, 罗小军. 永久散射体雷达干涉理论与应用[M]. 北京: 科学出版社, 2012.
[
|
[20] |
范洪冬, 邓喀中, 薛继群, 等. 利用时序SAR影像集监测开采沉陷的试验研究[J]. 煤矿安全, 2011,42(2):15-18.
[
|
[21] |
|
[22] |
|
[23] |
|
[24] |
成晓倩, 马超, 康建荣, 等. 联合DInSAR和PIM技术的沉陷特征模拟和时序分析[J]. 中国矿业大学学报, 2018,47(5):1141-1148.
[
|
[25] |
徐小波, 屈春燕, 单新建, 等. CR-InSAR与PS-InSAR联合解算方法及在西秦岭断裂中段缓慢变形研究中的应用[J]. 地球物理学报, 2016,59(8):2796-2805.
[
|
[26] |
|
[27] |
陈俊杰, 南华, 闫伟涛, 等. 浅埋深高强度开采地表动态移动变形特征[J]. 煤炭科学技术, 2016,44(3):158-162.
[
|
[28] |
伊茂森. 神东矿区浅埋煤层关键层理论及其应用研究[D]. 徐州:中国矿业大学, 2008.
[
|
[29] |
周秀隆, 吴嘉林, 辛德林. 世界第一矿——布尔台煤矿设计综述[J]. 煤炭工程, 2011(3):4-6.
[
|
[30] |
马超, 孟秀军, 潘进波, 等. D_InSAR时序开采沉陷观测的干涉策略选优[J]. 河南理工大学学报(自然科学版), 2012,31(3):311-316.
[
|
[31] |
何国清. 矿山开采沉陷学[M]. 徐州: 中国矿业大学出版社, 1999.
[
|
[32] |
王军, 赵欢欢, 杨小敏, 等. 鄂尔多斯神东矿区开采地表沉陷预测模型研究[J]. 内蒙古农业大学学报(自然科学版), 2015,36(4):61-65.
[
|
[33] |
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