项目针对SAR影像用于矿区沉陷监测信息提取中的若干关键问题展开了研究。主要研究成果如下： （1）对比分析了ERS、ALOS和TerraSAR-X等数据提取开采沉陷的能力，实验发现，ALOS和TerraSAR-X数据是相对比较理想的，但两者仍有缺点，前者时间间隔太长，而后者波长过短，综合分析而言，ALOS对提取开采沉陷更有帮助，且成本较低。 （2）将Contourlet变换引入到干涉图滤波方法中，使得在能达到干涉图去噪的同时，较好的保留了纹理细节信息。 （3）研究了GPS与 MODIS联合实现大气延迟改正量提取方法，利用两期GPS观测数据及相应时间的MODIS数据，分析GPS-PWV与MODIS-PWV的关系，进一步优化了MODIS水汽的校正模型。 （4）研究了一种基于多级匹配策略的干涉SAR影像自动配准新方法，该方法首先利用SIFT算法提取SAR影像上的特征点并完成特征点初始匹配，之后基于RCM算法剔除相关性较低的匹配点，为减少影像整体匹配误差，采用PRM算法进行匹配点对的二次筛选，最终完成SAR影像的精确匹配。 （5）探索了大变形条件下两种干涉SAR技术解算方法：一种是相干性不好的情况下，采用下沉盆地边缘点的D-InSAR结果同少量实测点结合，联合解算概率积分法参数；另一种是在相干性较好的情况下，直接采用D-InSAR的结果反算概率积分法参数。最后再由概率积分法模型解算地表的总体沉降情况。 （6）对多基线时序SAR中的短基线技术进行了分析，并利用该技术提取了矿区地表沉降，试验证明：SBAS方法对干涉图中相干点的识别是有利的，但对矿区开采沉陷的监测效果并不好。 （7）研究了基于支持向量机的概率积分法参数及地表下沉预报方法；构建了概率积分法修正模型的老采空区残余移动变形预测模型及方法； 建立了老采空区残余沉降计算模型，分析了残余下沉系数与覆岩岩性、开采厚度、开采深度及建筑物载荷的关系。 本项目发表相关科研论文36篇，其中SCI检索1篇，EI检索8篇，完成了既定的研究目标和任务。 2100433B

矿区开采导致大面积沉陷，由此带来严重的生态环境问题。开采沉陷监测是研究沉陷规律、控制沉陷灾害、保护矿区生态环境的基础。采用新型的对地观测技术SAR来监测和研究因煤炭开采导致的矿区沉陷及引起的生态环境演变机理和规律，实现资源开发与环境保护协调发展具有重要的理论和实际意义。本项目拟以多源、多时相、多分辨率、多极化雷达影像为信息源，融合多种影像的优势，结合矿区沉陷变形特点，重点研究SAR影像最佳组合及多源影像协同处理方法；大变形条件下SAR影像相位解缠优化算法和基于时间、空间的三维相干点目标提取方法等，建立适应矿区沉陷监测的SAR影像信息提取优化算法和模型，完善现有的SAR影像信息处理理论和方法，推进SAR在矿区大变形监测中的应用。在此基础上，建立矿区开采沉陷和老采空区残余变形预测模型及老采空区地基稳定性评价方法，为防灾减灾、保护矿区生态环境和优化资源开发提供技术支持。

《矿区地表沉降监测的DInSAR信息提取方法》在总结了DInSAR技术相关研究现状的基础上，阐述了DInSAR和时序InSAR技术的基本原理。针对DInSAR技术在矿区沉降监测中的不足，详细研究并改进了SAR影像配准、基线估计、相位滤波和相位解缠等四个关键算法；为解决矿区开采沉陷大变形和老采空区上方地表沉降监测问题，研究了利用相位累积和像素偏移跟踪的联合解算方法、DInSAR及概率积分法联合解算方法，并建立了DInSAR和地面实测数据相融合的LS-SVM地表变形预计模型；为研究开采沉陷动态下沉及长时间序列的变形情况，分析开采沉陷变形机理和规律。《矿区地表沉降监测的DInSAR信息提取方法》利用两种时序InSAR方法提取了矿区地表沉降序列，指出了这些方法在解算矿区地表变形中的不足。

第1章 绪论

1．1 研究意义

1．2 DInSAR研究现状

1．3 DInSAR技术在矿区变形监测应用中的问题

第2章 开采沉陷相关理论简介

2．1 煤矿开采引起的地表移动和破坏形式

2．2 开采沉陷盆地的描述

2．3 开采沉陷移动变形规律

2．4 概率积分法预计模型

2．5 本章小结

第3章 合成孔径雷达差分干涉测量技术基础

3．1 DInSAR技术

3．2 时序InSAR基本原理

3．3 本章小结

第4章 InSAR处理算法研究

4．1 组合基线估计算法研究

4．2 基于DT-CWT的干涉图滤波算法研究

4．3 SAR影像配准方法研究

4．4 基于混合蛙跳算法的相位解缠方法

4．5 本章小结

第5章 基于DInSAR的矿区地表沉降监测实验

5．1 基于相位累积和偏移量跟踪算法的矿区地表变形监测方法

5．2 融合DInSAR和概率积分法的矿区地表变形监测方法

5．3 基于时序SAR的采空区上方高速公路变形监测及预测方法

5．4 多轨道SAR影像的矿区地表三维变形解算方法

5．5 本章小结

第6章 基于时序InSAR的矿区地表沉降监测实验

6．1 基于TCPInSAR的矿区地表变形监测方法

6．2 基于StaMPS的矿区地表变形监测方法

6．3 两类时序InSAR技术的比较

6．4 本章小结

第7章 面向地理国情监测的矿区InSAR信息提取

7．1 面向地理国情监测的矿区沉降信息提取内容

7．2 面向地理国情监测的矿区沉降信息提取流程

7．3 矿区地表沉降信息广域监测

7．4 矿区地表沉降信息精细化监测

7．5 多源数据监测矿区沉降

7．6 多源数据融合

7．7 本章小结

第8章 结论与展望

8．1 结论

8．2 展望

参考文献2100433B

煤炭开采对生态的影响主要有两个方面:①是煤矿生产排污对生态环境的影响，主要表现为废气、废水、废渣排放对生态的影响，即污染生态影响;②是煤炭开采引起的地表沉陷对生态环境的直接破坏，即非污染生态影响。地表沉陷是地下采动破坏发育到地表的一种表现形式。在沉陷过程中，地表高度、坡度、水平位置发生变化。因此，对位于沉陷影响范围内的地下水、土地、植被、建(构)筑物等都将受到不同程度的影响。

(1)开采沉陷对土地资源的影响

采煤沉陷使地表变形，形成地表移动盆地，产生地裂缝和塌陷坑，破坏了原有的地表形态。地表坡度的变化，使原有的径流发生改变，坡度大径流量大，引起的水土流失和土壤侵蚀也越严重。地表裂缝的产生，地表水与地下水向深部渗漏，使潜水位下降，导致土壤湿度减小，土地变得更加干燥。同时，土壤中的营养元素也会随着裂隙、地表径流流入采空区或洼地，造成许多地

方土壤养分短缺，土地承载力下降。另外，当沉陷深度超过该区地表潜水位时，土地受淹而常年积水，处于沉陷边坡区域的土地，易发生盐渍化，造成土地质量退化。

(2)开采沉陷对植物的影响

地表大面积塌陷，影响植物的生长发育，甚至造成绿色植物的大幅度的减少。土地塌陷对植物的影响情况与矿区的地形、地貌、地质、区域气候、地下潜水位高低等自然要素和采矿条件有关，可按地形、地貌和潜水位高低大致划分为4个影响区类:

a.高潜水位的平原矿区。通常高潜水位平原矿区地面沉陷后，地表会出现积水。位于常年积水区的土地不能耕种，绿色植物大幅度减少;位于季节性积水的土地会减少种植茬数或造成严重减产。

b.低潜水位的平原矿区。在潜水位较低的平原矿区，由于开采沉陷使地势变低和抬高潜水位，一方面在雨季很容易出现洪涝，使土地沼泽化;另一方面，在旱季潜水蒸发变得强烈，地下水易于携带盐分上升到地表，使土地盐碱化。土地出现沼泽化和盐碱化，使作物生长明显受到抑制，在一些重盐碱土上甚至寸草不生。在草原地带，由于潜水位上升影响牧草的生长发育，积水区会变成沼泽地，使牧草绝产。

c.丘陵矿区。在丘陵地区，当地下开采使地表上凸部分下沉时，将减小地面凸凹不平的程度，有利于植物生长;当地下开采使地表下凹部分下沉时，将增大地面的凸凹不平的程度，不利于植物生长;另外，在干旱的丘陵地区，如果地下开采引起地表裂缝发育，将使地表水易于流失，土壤变得更为干燥，亦会影响植物的生长。

d.山区矿区。在山区，开采沉陷对植物的影响情况主要与区域气候和地质条件有关。一般情况下，山区开采沉陷对植物影响不大。但在某些干旱的山区，由于开采沉陷引起的地表裂缝、台阶、塌陷坑、滑坡等破坏形式，地表水流失严重，土壤微气候变得更为干燥，土地更容易被风、水等侵蚀，也严重影响植物生长，造成农作物减产。

(3)开采沉陷对水资源的影响

一方面由于开采沉陷，地表出现下沉、裂缝、塌陷坑等破坏形式，这些破坏在一定程度上改变了地面降水的径流与汇水条件，使地表水通过裂缝渗入地下，引起河流水系的流量减少，严重时地表水系甚至出现断流现象;另一方面沉陷过程中，煤系上覆岩层受到破坏，岩层裂隙增多，煤系上覆岩层的含水层在水位和流向上受到干扰，地下水沿着发育的裂隙加速向采空区或深部岩体渗漏，使水位降低，严重时导致地下水疏干，井泉干涸。由于水源的破坏，直接影响到矿区工农业生产用水和居民生活用水。

(4)开采沉陷对地表建(构)筑物的影响

沉陷对地表建(构)筑物的影响，一般有以下几种情况:

a.地表大面积、平缓、均匀的下沉和水平移动，一般对建筑物影响不大，但当下沉量很大而地下潜水位又很高时，由于沉陷后盆地积水很深，排水困难，将使建筑物长期浸泡在水中而导致破坏;

b.地表倾斜使采动影响范围内的建(构)筑物产生歪斜，会使管道、公路和铁路的坡度改变。道路坡度的变化使车辆的运行阻力增大或减小，以致交通事故增加;

c.地表曲率变化破坏建筑物基础;

d.水平变形使建筑物表面产生裂缝，使地下管道被拉断，公路路面开裂，铁路的轨距和轨缝等发生变化。

除以上影响之外，开采沉陷有可能对野生动物也产生一定影响。这是因为野生动物的生长繁殖要有适宜的环境条件，由于开采沉陷使矿区的自然景观发生剧变，影响绿色植物的生长发育，改变了动物的栖息环境，因而，使一些野生动物由于不适应环境的变化或由于缺少食物而死亡或迁移。一般说来，开采沉陷会导致矿区原有野生动物的种群和数量下降。2100433B