基于矿区Sentinel-1数据的MT-InSAR沉陷监测及植被变化的影响研究

作     者：陈朔 

作者单位：华北水利水电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王铁生;刘辉

授予年度：2020年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 0816[工学-测绘科学与技术] 081602[工学-摄影测量与遥感] 

主      题：MT-InSAR Sentinel-1 水云模型 土壤含水量 

摘      要：近年来,我国不断加大对矿产资源的开发力度,导致开采产生的采空区规模不断扩大,采空区造成的地质灾害也愈发严重,对矿区进行全覆盖、长时间的地表形变监测具有十分重要的意义。近年来,合成孔径雷达干涉测量技术(Interferometry Synthetic Aperture Radar,InSAR)因具有全天时、全天候、覆盖面积广等优势在地表形变监测中被广泛应用。本文运用多时相InSAR技术(multi-temporal Interferometry Synthetic Aperture Radar,MT-InSAR)对覆盖大阳泉矿矿区范围内的54幅Sentinel-1A数据进行了地表形变监测分析,获取了时间序列沉降累积图和线性平均沉降速率图,并通过对实验矿区进行土壤含水量变化趋势的反演,结合归一化植被指数(Normalized Vegetation Index,NDVI)变化,分析煤炭开采对植被的影响。本文主要研究内容如下:(1)利用获得的54幅Sentinel-1A影像数据,运用MT-InSAR技术,得到大阳泉矿矿区的时序沉降累积图以及沉降速率图,并结合水准测量对MT-InSAR技术在实验矿区进行变形监测的可行性进行了验证。(2)结合工作面开采情况以及矿区地表地质情况对MT-InSAR技术获得的差分干涉图、时间序列沉降累积图和沉降速率图进行分析。得到煤炭开采过程中会产生一定地表形变的结论;老沉降区会对新沉降区的产生具有一定的影响,两个采空区之间的累积效应区沉降最严重;岩层上方地表受到煤炭开采的影响要小于黄土上方地表。(3)基于Sentinel-1A影像数据、Landsat-8影像数据提取出植被覆盖地表的总雷达后向散射系数和入射角信息以及叶面积指数(leaf area index,LAI),采用水云模型计算出矿区土壤含水量趋势。结合运用MT-InSAR技术获得的沉降漏斗,对土壤含水量进行分析。得到煤炭开采对地表土壤含水量变化具有一定的影响,且沉降漏斗中心位置的土壤含水量要低于沉降漏斗边缘的土壤含水量。(4)基于实际采样的土壤含水量数据,用Landsat-8影像数据提取的归一化植被指数NDVI变化计量采矿对植被的影响及其在影像上的损失量。对比分析了同一区域内地表植被优势物种不同的土壤含水量值、同一区域内地表植被优势物种相同的土壤含水量值以及不同区域内的土壤含水量值。证明,土壤含水量是影响该区域内植被生长的主要因素。(5)将沉降漏斗中心位置的NDVI值变化趋势与该处土壤含水量变化趋势相比较,两者变化趋势大致相同;分别将两者变化趋势与工作面开采相比较,得到工作面开采是产生变化的主要原因。证明由于煤炭的开采产生地表沉降,进而引起地下水位的下降,使表层土壤含水量减少,对植被的生长产生一定的影响。