基于时间序列InSAR技术的地质灾害监测与分析 ——以矿区沉降和滑坡为例

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随着人类科学技术的不断发展,生产生活的水平不断提高,人类对各种地质灾害的研究越发深入。地表沉降、矿区塌陷、泥石、流滑坡等各种地质灾害都对人民生命财产安全产生了巨大威胁,其往往具有危害程度大,影响范围广等特点。因此,对地质灾害进行监测具有重要意义,而其中地表形变是地质灾害孕育发展过程中最直接有效的监测指标之一。合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术通过多张覆盖同一区域的SAR影像,可以获得雷达视线方向毫米级别的地表形变。InSAR技术区别于传统监测技术具有全天候,大范围的优点,被广泛运用于山区滑坡灾害预测,矿区沉降监测和城市沉降监测。本文基于时序InSAR技术,分别对矿区沉降与滑坡监测展开研究,实验地点分别为内蒙古鄂尔多斯市东胜区和四川省阿坝茂县和理县部分地区。本文针对滑坡区域选取了特征点对沉降量进行分析,并建立数学模型获取沉降原因和后期沉降量趋势。主要研究内容如下:(1)详细介绍了了InSAR技术与原理,并对比不同国家SAR卫星数据。本文以鄂尔多斯矿区为例,基于Sentinel-1A数据并采用时序InSAR技术对2019年10月至2020年4月的影像数据进行处理。针对因形变较大而导致失相干地区,本文采用采用部分干涉对计算形变速率,并对观测时间累计段累计沉降量进行估计。(2)InSAR技术作为一项重要的监测手段可以获取大范围地表形变,监测地质灾害变化。针对西北地区滑坡频发现象,本文选取阿坝州茂县和理县部分地区,利用时序InSAR技术对该地区2020年10月6日至2021年4月4日时间段进行监测。监测结果发现有4处滑坡风险区域。本文选取茂县白布村区域特征点,对沉降量、降水量和土壤湿度进行建模分析,使用算术优化算法与鲸鱼优化算法对支持向量机模型进行优化,模型拟合效果较好,可以为后期雨季沉降量和预警提供参考。(3)对于滑坡区域后期运动趋势预测,本文详细介绍了灰色预测模型和自回归滑动平均模型。本文分别利用InSAR数据获取的特征点累积形变量进行预测,结果表明两种预测模型均能满足预测要求。
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