地面塌陷重要資料

1、通常采用水準(zhǔn)測(cè)量方法來精確測(cè)定地面沉降,但水準(zhǔn)測(cè)量工作量大,對(duì)于大型城市,1 mm·km-1的精密水準(zhǔn)觀測(cè)誤差,其累積仍然較大.目前GPS(global positioning system)測(cè)量精度已經(jīng)達(dá)到較高的水平,而且GPS觀測(cè)簡(jiǎn)單,有很多國(guó)際GPS服務(wù)組織(International GPS Service,IGS)站的資料可以隨時(shí)取用,與觀測(cè)數(shù)據(jù)一起解算,并可以直接得到三維形變數(shù)據(jù).因此GPS越來越多地用在城市形變觀測(cè)中.通常做法是,在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)布設(shè)一個(gè)GPS網(wǎng),每隔一段時(shí)間觀測(cè)一期,每期數(shù)據(jù)獨(dú)立平差得到各點(diǎn)的三維坐標(biāo),比較各點(diǎn)各期坐標(biāo)的變化,得到水平位移和沉降量合成孔徑雷

2、達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)(InSAR)是一項(xiàng)新的地面觀測(cè)技術(shù)，它利用合成孔徑雷達(dá)(SAR)的相位信息提取地表三維信息和高程變化信息，可以監(jiān)測(cè)地球表面微小變化，InSAR探測(cè)地球表面位移變化的精度可達(dá)到厘米量級(jí)。以InSAR為基礎(chǔ)發(fā)展起來的差分雷達(dá)干涉測(cè)量(Differential Interferometric SAR, D-InSAR)則是合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量(InSAR)應(yīng)用的一個(gè)拓展，是一項(xiàng)以SAR復(fù)數(shù)據(jù)提取的相位信息為信息源獲取地表變化信息的新技術(shù)。由InSAR技術(shù)得到的干涉條紋圖再進(jìn)行差分可用于監(jiān)測(cè)雷達(dá)視線方向的厘米級(jí).地表形變監(jiān)測(cè)是InSAR技術(shù)最成功，也是最能體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)的應(yīng)用領(lǐng)域。從其方法

3、技術(shù)發(fā)展過程而言，InSAR技術(shù)經(jīng)歷了從單時(shí)相少量SAR數(shù)據(jù)，到多時(shí)相多源數(shù)據(jù)集成處理。以常規(guī)InSAR數(shù)據(jù)處理方法為基礎(chǔ)，分別形成了累積干涉紋圖法18-26（Stacking Interferograms），永久散射體干涉測(cè)量27-30（Permanent Scatterer Interferometry）以及角反射器干涉測(cè)量（Corner Reflector InSAR）9,31等技術(shù)。其中，利用PS技術(shù)研究長(zhǎng)時(shí)間條件下地面形變的演變過程已被廣泛用于輔助常規(guī)大地測(cè)量手段，角反射器測(cè)量也在局部低相干區(qū)域特殊變形體的監(jiān)測(cè)中發(fā)揮作用。InSAR技術(shù)的核心是利用相位觀測(cè)值獲取目標(biāo)的幾何特征及變化信

4、息。由于干涉相位對(duì)微小形變極其敏感，毫米級(jí)的形變?cè)诟缮嫦辔恢卸紩?huì)有所反映。因而，利用重復(fù)軌觀測(cè)獲取的干涉相位，通過差分處理去除兩次觀測(cè)相位中的共有量（平地效應(yīng)、地形相位和大氣延遲等），可以得到形變相位，進(jìn)而反算形變量。這就是差分干涉測(cè)量（D-InSAR）監(jiān)測(cè)地表形變的基本原理。地面形變是煤礦開采過程中最常見、也是危害性最大的礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害，其發(fā)生形式主要包括地面塌陷、地面沉降和地裂縫三種類型。地裂縫作為一種內(nèi)外作用力以及人類活動(dòng)等因素的作用引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害，在世界許多國(guó)家普遍存在，其中以中國(guó)和美國(guó)地裂縫災(zāi)害最為嚴(yán)重1，其發(fā)生頻率和災(zāi)害程度逐年加劇。其中地面塌陷又分為熔巖塌陷以及采空區(qū)塌陷兩種。

5、(1)塌陷盆地 當(dāng)采空區(qū)影響到達(dá)地表以后，在采空區(qū)上方的地表形成一個(gè)比采空區(qū)大得多的注地，這種注地稱為塌陷盆地。在開采急傾斜煤層的條件下，當(dāng)采深與采厚的比值較大時(shí)，地表可能出現(xiàn)一種臺(tái)階狀平底塌陷盆地，這種塌陷盆地的范圍很大，邊坡較陡，臺(tái)階數(shù)少。在一些地下水資源豐富的平原地區(qū)，由于地下水位埋藏較淺，會(huì)導(dǎo)致塌陷盆地常年積水或季節(jié)性積水，不但破壞了生態(tài)環(huán)境，還對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活構(gòu)成了威脅，如圖2所示。 (2)塌陷坑 塌陷坑比塌陷盆地規(guī)模小，一般多出現(xiàn)在開采急傾斜煤層時(shí)。開采緩傾斜煤層時(shí)，只有某種特殊地質(zhì)采礦條件下有可能出現(xiàn)塌陷坑。塌陷坑按其形狀分為漏斗塌陷坑和槽型塌陷坑兩種形式。 (3)裂縫 裂縫

6、是采空區(qū)地面塌陷的常見形式。塌陷裂縫一般長(zhǎng)幾米至幾百米，寬幾厘米至數(shù)米。根據(jù)裂縫兩側(cè)的錯(cuò)落特點(diǎn)又可進(jìn)一步區(qū)分為正臺(tái)階狀裂縫、負(fù)臺(tái)階狀裂縫、無明顯錯(cuò)落裂縫3種。i1，臺(tái)階狀裂縫傾向與坡向一致，負(fù)臺(tái)階狀裂縫傾向與坡向相反。裂縫大體平行排列，臺(tái)階高度一般為幾厘米至1 m左右。 (4)滑坡崩塌 由采礦引起的滑坡、崩塌是山區(qū)地表移動(dòng)中最為嚴(yán)重的一種非連續(xù)滑動(dòng)破壞。在陜北等地的黃土粱如區(qū)，常表現(xiàn)為黃土崩塌和黃土崩滑。 利用遙感圖像通過對(duì)塌陷坑、地裂縫、地面塌陷等直接標(biāo)志及地表污染、居民地變遷、地表水系改變、植被和土地利用類型變化、道路改線等間接標(biāo)志的識(shí)別可以確定地面塌陷的范圍。 遙感識(shí)別采礦形成的地面塌陷

7、是在塌陷形成基礎(chǔ)上進(jìn)行的。礦山地面塌陷是受氣象、水文、地質(zhì)構(gòu)造、采礦條件、開采規(guī)模、上露巖土層的組合關(guān)系、巖石的物理學(xué)性質(zhì)、巖土力學(xué)性質(zhì)等多種因素綜合作用的結(jié)果。對(duì)這些條件進(jìn)行有效的分析可極大縮小識(shí)別日標(biāo)的范圍，提高遙感解譯的準(zhǔn)確性和遙感識(shí)別的速度，在此基礎(chǔ)上利用遙感圖像通過對(duì)塌陷坑、地裂縫.13J3塌等直接標(biāo)志及地表污染、居民地變遷、地表水系改變、植被和土地利用類型變化等間接標(biāo)志的識(shí)別可以確定地面塌陷的范圍。通過多時(shí)相遙感資料對(duì)比可以獲得塌陷區(qū)動(dòng)態(tài)變化信息，為礦區(qū)塌陷規(guī)律和災(zāi)害發(fā)展趨勢(shì)研究提供科學(xué)依據(jù)。根據(jù)煤炭資源分布和未來開采規(guī)劃進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)，為塌陷區(qū)受害村莊搬遷選址和新農(nóng)村規(guī)劃提供區(qū)域背

8、景參考依據(jù)，避免形成“沉陷搬遷沉陷”的惡性循環(huán)。 采空地面塌陷作為一種外生地質(zhì)災(zāi)害，破壞耕地，損壞地面建筑物，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來嚴(yán)重威脅，并嚴(yán)重影響著生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)生了于分突出的社會(huì)經(jīng)濟(jì)矛屑。快速準(zhǔn)確地獲取塌陷地信息是礦區(qū)環(huán)境綜合治理和塌陷地復(fù)墾的關(guān)鍵，傳統(tǒng)的調(diào)查手段費(fèi)時(shí)費(fèi)力，難以及時(shí)準(zhǔn)確獲取塌陷地信息，而遙感影像能夠真實(shí)記錄區(qū)域地面實(shí)況，在塌陷地調(diào)查中具有明顯的優(yōu)越性。本文系統(tǒng)地研究了利用遙感影像識(shí)別采空地面塌陷的方法，目的是能夠及時(shí)準(zhǔn)確獲取塌陷地信息，為復(fù)墾、治理采空塌陷區(qū)提供基礎(chǔ)資料。 本文分析總結(jié)了采空地面塌陷的形成機(jī)理、塌陷地的主要類型及特征，并詳細(xì)介紹了常用地球資源衛(wèi)星的相關(guān)參數(shù)和技術(shù)

9、指標(biāo)，通過多個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)的研究、對(duì)比，總結(jié)了不同數(shù)據(jù)源在塌陷地遙感識(shí)別中的適用范圍。歸納了遙感圖像預(yù)處理的一般流程，著重對(duì)融合方法進(jìn)行了研究，分別選取了大柳塔地裂縫、新密積水塌陷盆地和黃陵崩塌的遙感影像，采用主成分分析(PCA ) , Brovey變換、Multiplicative, IHS變換、高通濾波(HPF ) ,Gram-Schmidt和Pansharp七種不同的方法進(jìn)行了融合，并對(duì)融合結(jié)果進(jìn)行了定性和定量的比較，通過比較發(fā)現(xiàn)，Gram-S chmidt和Pansharp融合模型效果最為理想。之后又分別對(duì)融合影像進(jìn)行了不同的增強(qiáng)處理，通過對(duì)比試驗(yàn)得知，灰度拉伸、高通濾波、銳化是較為有效的增

10、強(qiáng)方法。概括了圖像分類的一般原理和過程，介紹了常用的分類方法，并采用圖像閩值化分割分別對(duì)積水塌陷盆地、崩塌和崩滑進(jìn)行了信息提取，效果比較理想?？偨Y(jié)了塌陷坑、地裂縫、滑坡及崩塌等在遙感影像上的直接和間接解譯標(biāo)志，在此基礎(chǔ)上，選擇河南新密米村煤礦和神府大柳塔煤礦進(jìn)行了塌陷地遙感識(shí)別，并結(jié)合相關(guān)資料1對(duì)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行了評(píng)價(jià)，積水塌陷盆地遙感識(shí)別簡(jiǎn)單易行，而地裂縫只有在規(guī)模較大、植被覆蓋度較低時(shí)才會(huì)在IKONOS QuickBird這類高分辨率影像上有所反映。國(guó)內(nèi)外對(duì)于遙感技術(shù)在礦區(qū)塌陷地研究中的應(yīng)用作了大量的研究，但是這些研究都存在一定的局限性，如彭蘇萍f=l等主要關(guān)注平原積水塌陷地的研究，對(duì)于部分塌

11、陷地如干旱非積水塌陷地等信息則研究不夠。杜培軍fl等以TM圖像為信息源，在GIS支持下對(duì)采礦塌陷地的分類和提取方法進(jìn)行了研究，而低分辨率的遙感數(shù)據(jù)僅適用于大規(guī)模的塌陷地，對(duì)規(guī)模小或地形比較復(fù)雜的塌陷地則無能為力。塌陷區(qū)邊界的準(zhǔn)確界定對(duì)于預(yù)測(cè)和防治地面塌陷具有非常重要的意義，但是由于其地表面特征與非塌陷區(qū)域相比無明顯差別，因而對(duì)塌陷區(qū)邊界的識(shí)別一直是一個(gè)難題2。因此，選擇合適的數(shù)據(jù)源，并建立不同類型塌陷地在遙感影像上的解譯標(biāo)志及方法，從而確定塌陷范圍并提取塌陷地相關(guān)信息，這對(duì)我們及時(shí)準(zhǔn)確掌握塌陷地隨開采活動(dòng)的擴(kuò)展規(guī)律、塌陷區(qū)面積、破壞程度、積水區(qū)范圍等數(shù)據(jù)資料，為復(fù)墾、治理采空塌陷區(qū)提供基礎(chǔ)資料

12、具有重要的意義。1.3研究?jī)?nèi)容 C)采空地面塌陷的主要類型及其特征 通過對(duì)典型礦區(qū)的調(diào)查與分析，總結(jié)采空地面塌陷的主要表現(xiàn)形式和特征。 (2)數(shù)據(jù)源選擇 為了提高解譯的準(zhǔn)確性，如何選擇合適時(shí)相的遙感數(shù)據(jù)源來進(jìn)行采空塌陷地的識(shí)別，既能滿足信息提取的需要，又能節(jié)約資源，是本課題研究的一個(gè)重要方面。 C3)研究有利于提取塌陷地信息的圖像處理方法 為了提高遙感解譯的準(zhǔn)確性，需要對(duì)遙感圖像進(jìn)行一系列的處理，如輻射校正、幾何校正、圖像增強(qiáng)處理等。適當(dāng)?shù)奶幚聿坏梢允箞D像的空間分辨率得到增強(qiáng)，空間紋理信息得到銳化，還可以保持光譜信息不失真，這直接影響后期解譯的精度。 C4)探索更快更準(zhǔn)確的信息提取方法 常規(guī)的信息提取方法包括人機(jī)交互解譯和計(jì)算機(jī)自動(dòng)提取，人機(jī)交互解譯要由解譯經(jīng)驗(yàn)豐富的人員進(jìn)行，解譯前進(jìn)行野外踏勘，建立相應(yīng)的解譯標(biāo)志。解譯過程中要結(jié)合收集到的相關(guān)資料，綜合運(yùn)用多種解譯方法。而單靠人工解譯費(fèi)時(shí)費(fèi)力，同時(shí)提取的邊界范圍又不于分準(zhǔn)確，而地物光譜特征和反射率的不同為計(jì)算機(jī)自動(dòng)提取提供了理論上的可能，這樣在研究中就可以將人機(jī)交互解譯和計(jì)算機(jī)自動(dòng)提取結(jié)合起來，以便提高信息提取的準(zhǔn)確性。 CS)建立不同類型