王牌 土木工程的发展 1687 - 8094 1687 - 8086 Hindawi 10.1155 / 2020/9375056 9375056 研究文章 一种方法估算Underground-Goaf边界基于DInSAR与图形相结合的方法 部 聚氨酯 1 2 https://orcid.org/0000 - 0002 - 2871 - 2179 李 Chaokui 2 廖 Mengguang 2 https://orcid.org/0000 - 0002 - 3035 - 9116 杨 Wentao 2 朱 Chuanguang 3 方 小君 2 Nascimbene 罗伯特。 1 资源和环境与安全工程学院 湖南科技大学 湘潭411201 中国 hnust.edu.cn 2 全国地方联合工程实验室的地理空间信息技术 湖南科技大学 湘潭411201 中国 hnust.edu.cn 3 湖南省重点实验室煤炭资源清洁利用和矿山环境保护 湖南科技大学 湘潭411201 中国 hnust.edu.cn 2020年 29日 5 2020年 2020年 21 11 2019年 01 05年 2020年 29日 5 2020年 2020年 版权©2020聚氨酯布鲁里溃疡等。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

煤层开采后采空区遗留有可能诱发严重的地质灾害,由于内部结构损伤的岩石。估计地下采空区的边界可以有效控制此类灾难的发生。然而,传统的地球物理方法是低效和昂贵,尤其难以申请检测范围宽。本文提出了一种新方法估算地下采空区的边界使用微分干涉合成孔径雷达技术(DInSAR)。更具体地说,DInSAR用于获得采空区上方的沉陷盆地的等值线,和采空区的两个主要部分的方向然后决定根据开采沉陷的基本法律。这之后,概率积分的基本原理和图形化方法相结合来确定开采边界的罢工和斜坡板块采空区。最后,6个几何参数反映出采空区的边界。实验模拟和实测数据表明,该方法是可行的,与模拟和实测数据的平均相对误差达到和保持在2.2%和3.7%,分别。

 中国国家自然科学基金 41571374 湖南省自然科学基金 2019年jj50177 湖南省研究生创新基础 CX2016B570 1。介绍

地下采空区的存在通常导致的崩溃周围的地面。这导致损坏房屋和各种类型的地面运输路线,以及污染地下水,从而严重影响矿区的生态环境( 1]。特别是,沉降甚至可能导致次生地质灾害,如山开裂、结构的崩溃,山体滑坡,泥石流,地震 2]。因此,地下采空区是目前一个重要的问题,限制了煤矿的发展和矿区的城市化。此外,地下采空区的分布范围和空间形态特征是关键的评估潜在的危害和建立的对策。因此,如何定量评估的确定上述地下采空区的范围和特征至关重要。

现有的采空区探测方法可以分为物探和钻探技术。地球物理技术是指地质条件的检测,如岩性和地质结构,通过调查各种地球物理领域的变化( 3]。典型的地球物理技术包括重力、电磁和地热方法( 4- - - - - - 7]。钻探技术是指利用钻井设备穿过岩石在预定的位置为了提取物理实验样本和其他相关数据( 8]。中央钻探技术方法包括冲洗液,声波速度和超声成像方法( 9- - - - - - 11]。一般来说,尽管这些技术能够获得的粗略位置地下采空区及其空间分布,他们有一些局限性。例如,这种技术只适用于小规模的检测,可昂贵,费时,而且效率低下。同时,所需的近似采空区的地理位置是作为先验信息前检测。此外,在过去的几十年里,与蓬勃发展的采矿业(包括合法的和非法的矿业),全球出现了许多不为人知的地下采空区。传统的物探和钻探技术无法满足当前广泛和对时间敏感的采空区探测的需要。

干涉合成孔径雷达(InSAR)是一个流行的遥感技术,可以使用两个调查大型表面变形或多视点合成孔径雷达(SAR)图像。Massonnet等人结合两场ERS-1前后图像兰德斯地震的多发区,加州,DEM(数字高程模型(DEM)的地区成功地观察到表面变形引起的地震。此后,微分干涉合成孔径雷达技术(DInSAR)已经被广泛用于表面变形的监测由地质构造运动引起的,例如地震监测( 12, 13],冰川漂移监测[ 14, 15),火山喷发监控( 16, 17滑坡监测),( 18, 19监测[]、冻土退化和扩张 20.- - - - - - 22]。DInSAR在开采沉陷的使用也是一个热门研究课题,包括应用程序的检测沉降引起的矿业( 23, 24),地质灾害程度的预测 25, 26),评估开采地表建筑的影响( 27, 28]。

稳定后的地下开采引起的地面沉降盆地,亲密关系的大小和空间分布的盆地和可以观察到的地质采矿条件。这是表示沉降规律。更具体地说,地质采矿条件和采空区的大小确定地面沉降盆地的空间分布。在特定的地质采矿条件下,地面沉降盆地的空间分布特征也可以反映出采空区的规模。DInSAR不仅可以测量的运动和变形沉降面积,也决定了整个地面沉降盆地的分布状态。因此,它可以申请探测地下采空区的分布。

目前,研究发现使用DInSAR地下采空区的几何分布是罕见的。2013年,哲et al。 29日)提出了一个方法称为“DInSAR-Based非法采空区探测系统(DIMDS),“利用DInSAR获得表面变形值沿雷达视线(LOS)方向。大地坐标的方法然后估计地面沉降盆地的中心基于开采沉陷理论,随后决定了地下采空区的范围根据地面沉降盆地边界。然而,DIMDS方法有局限性。它假设地下采空区的中心在同一垂直线地面沉降盆地的中心。然而,大多数情况下这是不正确的,因为大多数煤层都不是完全水平;只要煤层倾斜,采矿引起的运动变形不会传播到表面在垂直方向。这种差异严重影响地下采空区的边界的准确性估计使用DIMDS方法。

为了应对这个问题,杨et al。 30.)定义了地下采空区的几何分布特征使用八个几何参数(长度、宽度、高度、倾角、方位角、开采深度,和两个中心大地坐标)。基于概率积分法,这些几何参数之间的关系和《变形值然后建立地面沉降盆地。在这之后,一个基于模拟退火算法的数学模型(传奇) 31日]用于转化八从大量的几何参数LOS-deformed DInSAR获得的观测。该方法考虑开采沉陷的一般规律和充分利用的表面信息DInSAR获得的表面变形。因此,预测DIMDS方法相比精度大大提高。然而,由于大量的反演参数、数学模型的稳定性较低。特别是,模型的初始值的选择将有一个伟大的对反演结果的影响。然而在真实的应用程序中,采空区的初始值难以确定。第二,由于相干损失从SAR图像对回波信号,大量的零值在整个盆地被DInSAR收购。这导致反演模型解决方案过程中的错误和随后的不正确的结果。

目前,大多数煤矿使用长臂采煤和管理屋顶全面下滑。条件下的开采厚度均匀,影响沉降规律的主要因素是煤层倾角,矿区尺寸(长和宽),和开采深度 32]。这些参数能反映边界范围和采空区的基本形状。如何获得这些未知参数快速、有效具有重要意义,确定地下采空区的边界。因此,本文提出了一个地下采空区边界检测方法结合DInSAR图解法。我们建议的方法首先使用DInSAR获取沉降信息的整个盆地沉降区,在此基础上,生成沉降等值线图。两个主要部分(罢工部分和倾斜部分)地下采空区的确定根据等高线图,和这两个部分的沉降曲线。最后,基于煤矿开采沉陷规律,长度,煤层倾角,开采区域的大小,和开采深度的地下采空区使用图解法推导。此外,地理编码后的大小和位置地下采空区边界确定。

本文组织如下。节 2介绍的方法用来估计基于DInSAR地下采空区的边界范围。然后,我们使用模拟和实测数据验证该方法部分 3。最后,部分 4总结了研究。

 2。方法

地下矿体开采后,腔(即。,a goaf) will be left inside the rock strata, and the original stress equilibrium will be destroyed, which will result in the stress redistribution in country-rock taking place to reach a new equilibrium. This is a very complex variation of physical and mechanical process, causing movement and damage to the overlying strata. With the continuous progress of mining activities, the goaf has expanded to a certain extent, and then the movement of rock strata will develop to the surface. For most coal mines, the ratio of mining depth and thickness is usually large. At this time, the surface deformation is continuous in space and gradual in time, and it has obvious regularity. Because the geometry of the subsidence basin is closely related to the spatial distribution of the goaf, it can be obtained by measurement to infer the spatial distribution characteristics of the goaf.

拟议的框架方法探测地下采空区边界基于DInSAR呈现在图 1。首先,DInSAR是用于获得整个盆地的沉降信息在沉降区。在此基础上,创建了沉降等值线图。第二,罢工和倾斜部分地下采空区的等值线图,确定沉降曲线的这两个部分。最后,基于煤矿开采沉陷规律,长度,煤层倾角,开采面积大小,和开采深度的地下采空区使用图解法计算。

该方法的流程图。

 2.1。提取使用DInSAR沉降数据

微分干涉合成孔径雷达(DInSAR)获得通过微分干涉处理的两个表面变形信息的SAR图像同一地区在不同的阶段。如果空间基线SAR图像对之间的足够小,重复变形观测可以用来测量表面变形,如图 2。更具体地说,接受调查的变形是传感器的视线的方向。从理论上讲,是可能的调查在毫米范围内变化使用DInSAR [ 33- - - - - - 36]。

DInSAR示意图。

在两个场景的成像过程中,表面是畸形的。根据向量的关系,这些向量数目都等于零。因此可以得到以下公式: (1) R 2 ⟶ = R 1 ⟶ + Δ R mov ⟶ − B ⟶ , 在哪里 R 我 ⟶ 视线向量,即。,the vector between the ith subantenna and the ground point, and Δ R mov ⟶ 是变形向量期间地面点的吗 t1来 t2, B ⟶ 是天线之间的距离向量的两个图像。

干扰阶段 ϕ的两个图像可以表示如下: (2) ϕ = 4 π λ ρ 2 − ρ 1 = 4 π λ R 1 ⟶ + D ⟶ − B ⟶ , R 1 ⟶ + D ⟶ − B ⟶ 1 / 2 − ρ 1 , 在哪里 λ是雷达波长, D ⟶ 是地面点的位移矢量在成像过程中, ρ 我 = R 我 ⟶ 是天线和地面之间的距离,和< >表示点乘法。

星载SAR系统,地面的变形点和两个场景图像的空间基线远小于地面点和卫星之间的距离。因此,方程( 3)可以表示为 (3) ϕ = 4 π λ R 1 ⟶ , D ⟶ − R 1 ⟶ , B ⟶ = ϕ def + ϕ 威尼斯平底渔船 , 在哪里 ϕ def 表面变形阶段和吗 ϕ 威尼斯平底渔船 是地形阶段。

阶段由微分干涉由两部分组成:地形的阶段 ϕ 威尼斯平底渔船 和变形阶段 ϕ def 。通过DEM模拟地形相位确定可以应用于消除地形因素的影响(被称为“双轨方法),因此雷达视线的地面点变形可以获得如下: (4) Δ R mov = λ 4 π ϕ − ϕ sim卡 , 在哪里 ϕ sim卡 代表外部DEM的地形模拟阶段。

 2.2。估计Underground-Goaf边界基于图形的方法

总共有四个参数,即长度( l1),宽度( l2)、深度( H0)和倾角( α),需要描述采空区边界,在长度和宽度是用来确定采空区的规模,和深度和倾角是用来确定采空区的位置。本文旨在估计这些参数基于图形的方法。

矿区的沉降数据用于本研究使用DInSAR获得。数据的预处理包括ArcGIS的地理编码和转换(10.0,ERSI)或卡斯(9.0,SOUTHIS)可读的格式。矿区的沉降等值线图然后通过ArcGIS或卡斯。根据全区域开采沉陷的分布规律 32),一旦沉陷盆地是稳定,沉降等值线为椭圆。沉降值的峰值在椭圆的中心,而远离中心,沉降值越小。当工作表面大约是矩形,椭圆的长半轴方向指向的罢工部分工作表面,和方向垂直于罢工的倾斜部分部分是作为工作表面。所以我们可以校准的位置最大沉降点沉降等值线图,然后让两条直线的主要和次要的semiaxes椭圆,分别。这两条线是沉降盆地的主要部分。沉降值在每个点两个主要部分是提取和安装基于概率积分法的基本原理。这之后,沉降曲线的主要部分,如图 3。

沉降曲线的主要部分。我′是罢工的部分,II-II′斜坡区,红线表示罢工的沉降曲线部分,绿线是倾斜部分的沉降曲线。

 2.2.1。罢工部分边界估计

两个点的沉降值0.84 Wm和0.16 Wm (Wm最大沉降值)从罢工中提取部分,以及这两个点之间的水平距离等于0.8 r( r是主要的影响半径,然后呢 r0是主要的影响半径罢工的部分)。如果 r值获得两岸的最大下沉点是不同的,这两个值的平均值。然后我们可以计算出深度( H根据参数的定义tan) β(主要影响角正切)的概率积分法,见以下方程: (5) 棕褐色 β = H r , 在哪里 H开采深度。因此,开采深度的罢工部分(即。,平均深度) H0可以计算,用于创建一个水平面低于罢工和深度部分吗 H0。

之后,两个拐点的两端部分被发现在沉降曲线上。这两个拐点的计算边界表面工作。拐点的偏差( 年代可以使用以下公式计算: (6) 年代 = k l H , 在哪里 k l的系数是拐点偏移量。罢工的开采边界部分,呈现在图 4,是通过计算边界向外转移 年代0,这两个边界点之间的距离是罢工部分长度 l1。

估计罢工的部分边界。A和D是采空区的实际边界,B和C采空区的计算边界,两个点之间的距离和D是罢工部分长度 l1。

 2.2.2。斜坡区边界估计

在这一步中,4分0.84的沉降值 Wm和0.16 Wm提取在上升和下降的方向倾斜部分,分别。这两个点之间的水平距离在同一条边等于0.8 r( r1和 r2是主要的影响半径的上升和下降的方向,分别)。挖掘深度 H1和 H2分别上升和下降的方向,然后根据计算 r1和 r2由方程( 5)。之后,两个水平下飞机倾斜部分的深度 H1和 H2分别确定。

接下来,两个拐点双方倾斜部分的沉降曲线。两个竖线是通过这两个点。上升方向相交的直线上升方向深度点N,和倾斜方向的垂直线相交倾斜方向深度点m .然后连接这两个交点,即交叉线与水平方向的夹角是煤层的倾角( α)(见图 5)。

推导的采空区的倾角。N是垂线的交点的上升方向深度,M是垂线的交点的倾斜方向深度,和 α煤层的倾角。

根据概率积分法的定义,给出的传播角度 (7) θ = 90年 ∘ − K α , 在哪里 K传播系数的提取。然后一个辅助线画在深度方向上通过拐点,这样辅助线与水平方向的夹角 θ。此外,辅助的交集和水平线深度的计算边界的采空区。在这之后,偏移距离, 年代1和 年代2下降和上升的方向,然后使用深度计算 H1和 H2分别基于矿区的地质条件。开采边界是通过计算边界向外转移 年代1和 年代2,这两个边界点之间的距离是倾斜部分的长度 l2。结果呈现在图 6。

估计的倾斜部分边界。′和D′表示的实际边界采空区下降和上升的方向,分别在C′和D′采空区边界计算的下降和上升的方向,分别。′之间的距离和D′的倾斜部分的长度是脸 l2。

基于这些结果,整个采空区的边界可以确定。的几何参数确定采空区平均深度 H0,倾斜方向深度 H1,上升方向深度 H2,攻击距离 l1、边坡长度 l2和倾角 α。

 3所示。实验分析 3.1。仿真实验

假设一个工作面几何参数如下:煤厚度 米= 2.2米,倾角 α= 18°,罢工的长度 l1= 240米,倾斜长度 l2= 138.5米,倾斜部分边界深度 H1= 220,上升方向边界深度 H2= 187。此外,概率积分法的参数如下:沉降系数 问= 0.65,谭 β= 2.0,拐点偏移量 年代= 0.15 H和矿业反射系数 k l= 0.8。Matlab (2015 b, MathWorks)用于应用概率积分法模拟表面的垂直位移的挖掘。添加一个随机误差模拟值后,沉降的轮廓区域。

为了估计采空区的边界范围,确定两个主要部分的方向根据沉降轮廓。每个点的沉降值然后提取的主要部分。这后,沉降值是安装使用的概率积分法,和沉降曲线斜率的罢工和倾斜部分创建。

3.1.1。罢工部分边界估计

两个拐点两端的倾斜部分确定沉降曲线,即。计算边界的工作面。沉降值,0.84 wm和0.16 wm,从沉降曲线中提取。这两点之间的距离是0.8 r0随后,这是用来计算 r0。根据概率积分法参数棕褐色 β,罢工的深度决定 H0= r0·谭 β= 197。

的变形抵消点模拟确定工作面 年代0= 0.15 H0= 29.55 m。因此,模拟的实际边界可以确定工作面以下的计算边界向外转移 年代0。

 3.1.2。斜坡区边界估计

的沉降值0.84 wm和0.16 wm从沉降曲线中提取。这两点之间的距离是0.8 r,然后用于计算下降和上升方向的主要影响半径 r1和 r2,分别。在这之后,谭 β是用来计算倾斜方向的深度 H1= 219.6 m和上升方向的深度 H2= 176.2 m。接下来,两个拐点两端倾斜部分的沉降曲线确定。两个垂直的线条勾勒出了水平线通过这两个点,分别。上升方向相交的直线上升方向深度,而另一线倾斜方向相交的深度。这两个交点连接获取倾角 α,即,the angle between the intersection line and the horizontal direction, at α= 18.3°。基于倾角和矿业反射系数 k l传播角度 θ决定,工作面倾斜部分边界的识别。

计算拐点偏移点的倾斜方向 年代1和方向 年代2允许派生的实际边界计算后的斜面部分工作面边界向外转移 年代1和 年代2,分别。

 3.1.3。实验结果

使用估计几何参数的采空区,开采边界可以确定。最后的评估结果如图 7。

估计结果。A和D是罢工的实际边界部分,C和B是罢工的计算边界部分,和之间的距离和D是罢工的部分的长度 l1。′是下降的实际边界方向,B′倾斜方向的计算边界,C′的实际边界方向上升,D '上升方向的计算边界,A′和D′之间的距离是倾斜部分的长度 l2。最终结果是矩形AA′- da′dd′广告′在垂直表面的投影。

 3.1.4。精度评估

接下来,我们可以比较预测边界模拟的边界。图 8显示了模拟和预测边界之间的区别。预测的边界(红色矩形)和模拟边界矩形(青色)几乎重叠,和观察到的程度的巧合是高的。这表明,该方法预测的边界是可靠的。

预测结果的比较。红色矩形代表预测边界和青色矩形代表模拟边界。

为了定量评估的准确性预测边界,我们计算之间的偏差预测和模拟采空区几何参数(如报道在表 1),以及之间的相对误差预测和模拟参数。的相对误差 K计算如下: (8) K = f G sim卡 , 在哪里 f预测和模拟参数之间的偏差,然后呢 G sim卡是模拟采空区的几何参数。

比较地下采空区的估计和模拟参数。

参数 l1( 米) l2( 米) H0( 米) H1( 米) H2( 米) α(°)
模拟值 240年 138.5 203.5 220年 187年 18
预测价值 242.5 138.3 197年 219.6 176.2 18.3
区别 −2.5 + 0.2 + 6.5 + 0.4 + 10.8 −0.3
相对误差(%) 1。0 1。4 3.2 0.2 5.8 1。7

比较的结果被发表在表 1。预测的几何参数通常与模拟几何参数一致,平均相对误差为2.2%。这再次证明了该方法能够准确地预测地下采空区的边界范围。

 3.2。真实数据实验 3.2.1之上。研究区域

Pangzhuang煤矿位于徐州城市的其他地区,离徐州城市的中心13公里。表面主要是由植被和建筑(图 9)。多年来,煤矿已经产生了大量的地下采空区,导致严重的问题在该地区,包括破坏建筑物和道路,并从矿山突水。为了减少地下采空区的不利影响,必须确定其边界。我们选择7503号工作面(在图表示 9的蓝色矩形)Pangzhuang 7煤层来测试该方法。工作面采用全机械化的长臂开采过程和屋顶完全管理。矿区开始在1980年代和运作有足够的地下采空区的地质和测量数据(表 2)。因此,工作面具有所需的必要条件验证该方法的准确性。

Pangzhuang煤矿的地理位置。

地质、几何参数的Pangzhuang煤矿7503工作面。

参数 价值 参数 价值
工作面 7503年 罢工长度(米) 716年
沉降系数( 问) 0.85 斜坡长度(米) 188年
主要影响角正切(棕褐色 β) 2.71 厚度(m) 6.87
拐点偏移量( k l) 0.13 倾角(°) 4
传播系数( K) 0.8 平均深度(米) 315.5
3.2.2。数据处理

总共13 c波段ASAR图像覆盖Pangzhuang煤炭矿区环境选择,收购倍从2009-01-20到2010-10-12。c波段的波长为5.6厘米,入射角是22.78°,地面分辨率是20.12。在图所示的图像覆盖范围 10。由于时空相关性,只有五个图像生成的干涉图样,在以下日期:2009-12-01,2010-01-5,2010-02-09,2010-03-16,2010-04-20。干扰对报告的参数表 3。

足迹ASAR图像用于实验。

参数选择干涉对。

不。 主形象 奴隶形象 时间基线(天) 正常基线(m) 入射角的主形象
1 2009-12-01 2010-01-5 35 −31.86 22.816 - 4
2 2010-01-5 2010-02-09 35 360.86 22.802 0
3 2010-02-09 2010-03-16 35 −333.95 22.795 - 1
4 2010-03-16 2010-04-20 35 230.62 22.817 - 2

环境主义者SARscape(2014年,sarmap)是用于实现DInSAR处理。首先,SAR图像在研究区域的边界,和剪裁的尺寸数据是884×4717像素。之后,基于ASAR图像的特征的方位和距离设置为6和1,分别在multi-looking处理,得到一个制图25米的分辨率。SARscape产生干扰的图像对,并使用90 m分辨率SRTM-3数字高程数据(V.4)删除地平线干涉图的效果。这之后,Goldstein方法用于过滤deleveling减少相干噪声的干涉图。相位展开过程使用最小费用流的方法,然后应用这些像素较低的一致性将蒙面,一致性阈值设置为0.2。gcp(地面控制点)选择根据他们是否适合大多数打开阶段。这些GCP点是用来定义的基线参数轨道改进。然后用一个多项式模型计算相抵消,完成releveling过程。最后,剩余阶段转换成一个形状变量和地理编码获得洛杉矶方向的变形结果。 The subsidence value can be obtained by projecting the LOS deformation in the vertical direction, which is equal to the LOS deformation divided by the cosine of the incident angle, as shown in Figure 11。

DInSAR-derived洛杉矶变形映射在四个不同的时期。

从图 11,可以看出几种变形异常可以观察到。但只有面积7503工作面(一个黑色的矩形图 11)提出了一个完整的成像期间(即沉降过程。开始沉降,沉降发展,沉降稳定性)。这表明在该地区地下采矿作业存在在这一时期,沉降稳定。因此,我们可以尝试估计地下采空区的边界范围内使用该方法在该地区。

 3.2.3。实验结果

方法本文旨在估计地下采空区的边界研究的领域。时间序列可以获得地表沉陷叠加的图像(如在图 12)。ArcGIS用于过程InSAR的沉降结果。首先,在ArcGIS加载沉降数据。之后,选择“光栅表面轮廓”工具“3 d分析”菜单的工具。然后允许沉降等值线图的生成工具完成后运行。最大沉降点然后确定沉降盆地。其次,根据轮廓的几何形状,方向确定地下采空区的主要部分,和两个主要部分是通过最大沉降点。最后,各种地面点的沉降值提取的主要部分,和沉降曲线的两个主要部分(如数字 13)。

DInSAR-derived洛杉矶变形图。

等高线生成的提取两个主要部分,和沉降曲线的绘制。

的沉降值0.84 wm和0.16 wm从罢工和内联提取部分,分别。接下来,测量两点之间的距离计算的平均深度 H0= 305.6米,倾斜方向的深度 H1= 318.9米,深度和方向 H2= 300.2 m。然后确定一个拐点的位置在沉降曲线。根据岩石运动报告(未发表)的矿区,拐点偏移量是0.13的系数(见表 2);因此我们可以通过公式计算拐点偏移量( 6)(例如, 年代 0 = 0.13 × H 0 = 39.7 米 , 年代 1 = 0.13 × H 1 = 41.5 米 , 年代 2 = 0.13 × H 2 = 39.0 米 )。罢工的拐点部分用于确定计算边界罢工的部分,和 年代0用于确定开采边界罢工的部分。这两个边界点之间的距离是罢工部分长度 l1= 703.4。这之后,倾斜部分的拐点和下降和上升方向的深度是用来确定煤层倾角 α= 4.3°。然后由方程(传播角度计算 7)。和坡度的计算边界部分可以由传播天使和拐点。开采边界的倾斜部分是通过计算边界向外转移 年代1和 年代2。这两个边界点之间的距离是罢工部分长度 l2= 176.9。最后,地下采空区的界限的估计结果。探针的边界被标识为一个红色的矩形图 14。

由DInSAR估计结果。长方体的红色代表估计地下采空区的边界。分A、D′和D′的实际边界。点B, C, B′和C′是计算边界。A和D之间的距离的长度是罢工的部分 l1。′之间的距离和D′倾斜部分的宽度 l2。

 3.2.4。精度评价

为了评估估计结果的准确性,我们比较标准的地球物理技术获得的边界(蓝色),通过该方法(红色),如图 15。采空区的边界由DInSAR符合预测,预测的地球物理技术,表明本文提出的方法是可靠的。定量评价方法的可靠性,我们计算的区别地下采空区的几何参数估计的方法和采空区的实际几何参数(见表 2),以及之间的相对误差预测和实际参数(见表 4)。

差异的边界采空区DInSAR和标准预测的地球物理技术。红色矩形代表该方法获得的边界和蓝色矩形代表了地球物理技术获得的边界。

对比估计和实际地下采空区的几何参数。

参数 l1( 米) l2( 米) H0( 米) α(°)
实际价值 716年 188年 315.5 4
预测价值 703.4 176.9 305.6 4.3
偏差 + 12.6 + 11.1 + 9.9 −0.3
相对误差(%) 1。7 5.9 3.1 7.5
杨(2018)的相对误差(%) 12.4 6.5 8.8 20.

报道在表 4,四个几何参数预测的相对误差低于10%,平均4.55%的价值。分别平均相对误差约为3.7%。相比之下,杨等人提出的方法。 30.),四个几何参数的相对误差 l1, l2, H0, α减少了7.375%,这表明本文提出的方法是高度准确估计二维边界。

 4所示。结论

本文报道一种方法估算地下采空区的边界范围使用DInSAR结合图形的方法。该方法充分考虑了空间分布之间的关系获得的表面变形DInSAR地下采空区的几何和结合概率积分法的相关原理模型。我们的结果表明,该预测地下采空区的边界强烈同意测量边界。估计和测量数据的平均相对误差约2.2%和3.7%,分别。

然而,值得注意的是,DInSAR获得的表面变形洛杉矶方向;因此,生成的几何轮廓就会向雷达视线偏移,导致偏差的方向预测采空区的主要部分。更高的预测之间的偏差和测量数据观测与模拟数据。此外,罢工部分长度 l1,倾斜部分的长度 l2和深度 H0, H1, H2(预测的测量数据)都是低估了。这是由于地下开采引起的变形并未完全传递到表面获得的SAR图像时,导致边界大小的低估。未来的研究应该关注如何解决这些问题,以进一步提高预测精度。考虑DInSAR的低成本和大的空间范围,它可以是一种有效的工具,地下采空区的边界范围的估计。

 数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果都包含在这篇文章,这是基于SAR图像和研究区域的外部民主党。

 的利益冲突

作者声明没有利益冲突有关的出版。

 确认

这项工作是支持以下项目:国家自然科学基金(41571374);湖南省自然科学基金,中国(2019 jj50177);和湖南省研究生创新基础(CX2016B570)。

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