PS-DInSAR提取山区煤矿开采沉陷参数的方法与精度研究

本项研究在前人研究的基础上，针对煤矿开采沉陷变形和煤矿所处地形与气候条件等特点，利用三波段（L、C、X波段）SAR影像，研究基于PS-CR-DS的分层联合算法和短基线累积干涉纹图时间序列分析方法，解决煤矿开采沉陷变形提取过程中的时空失相干问题；借助GIS空间叠置分析功能，揭示矿区地表变形与煤矿开采之间的关系，提取开采沉陷参数及开采诱发山体滑坡的地形条件和变形条件；分析DInSAR提取开采沉陷参数的误差来源和构成，对提取的开采沉陷参数精度作出评估，提出提高参数提取精度的措施和方法。

差分合成孔径雷达干涉测量（DInSAR）技术具有全天候、全天时、高分辨率和连续空间覆盖的优势，已发展成为新型监测地表形变的技术。本课题以西山煤电集团古交矿区为研究对象，在现有成果基础上，结合角反射器和GPS技术，利用SAR存档数据（EnviSAT-ASAR、ALOS-PALSAR）和编程获取的高分辨率TerraSAR-X影像，研究DInSAR技术在山区地表沉陷监测中的定量化应用，提出适合山区煤矿开采沉陷监测的大气效应改正、地形相位补偿、地理编码和相位解缠的方法，在此基础上，提取和分析开采沉陷参数，研究山区重复采动引起的地表沉陷规律，为DInSAR技术在山区开采沉陷监测领域的工程化应用奠定基础。.主要研究内容如下：.（1）从理论上分析了基线估计误差和外部DEM高程误差对二轨DInSAR技术监测地表形变的影响；基于不同卫星平台实例SAR数据，研究多视系数和外部DEM的影响，并提出一种基于滤波掩模的估计和补偿差分干涉图中大气延迟相位的方法；.（2）根据研究区实际情况，设计GPS-CR一体化标石及角反射器安装方法，研究角反射器在SAR影像上的精确识别，提出一种基于角反射器定量评价地理编码精度的方法，并在此基础上评价和提高地理编码的精度，为后续利用DInSAR监测结果反演矿区开采沉陷相关参数创造前提条件；.（3）针对高噪声大形变梯度和质量不连续干涉图特点，提出了一种基于容积卡尔曼滤波的多参考点相位解缠方法，并融合不同多视处理下的DInSAR地表形变监测结果，极大地提高了DInSAR技术监测到的地表形变量，在此基础上利用时序短基线差分干涉纹图叠加技术，获取煤炭开采引起的矿区大范围地表沉降演变过程；.（4）结合工作面回采进度资料、工作面地质构造情况等资料，综合PS-DInSAR和地面GPS观测结果，分析和提取开采沉陷相关参数，主要包括地表移动盆地边界角、起动距、超前影响角、下沉系数、地表移动持续时间等，在此基础上研究山区重复采动引起的地表沉陷规律。