徐良驥，劉 哲，龐 會(huì)，王振兵

(安徽理工大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，安徽 淮南 232001)

多源數(shù)據(jù)下老采空區(qū)上方地表殘余變形規(guī)律分析

徐良驥，劉 哲，龐 會(huì)，王振兵

(安徽理工大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，安徽 淮南 232001)

為動(dòng)態(tài)分析老采空區(qū)上方地表殘余變形規(guī)律，本文以淮南礦區(qū)新莊孜礦新淮工廠為例，綜合運(yùn)用D-InSAR遙感解譯反演與地表移動(dòng)變形監(jiān)測(cè)兩種方法分析其殘余變形規(guī)律，并以遙感解譯數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)資料，采用GM(1,1)模型進(jìn)行地表殘余變形規(guī)律的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)。D-InSAR存檔數(shù)據(jù)反演結(jié)果顯示2009年1月—2011年12月期間地表最大下沉量為100 mm，最大下沉速率為2.5 mm/d；地表移動(dòng)變形監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示2012年1月—2013年12月期間地表最大下沉量為55 mm，最大下沉速率為0.45 mm/d；GM(1,1)模型預(yù)測(cè)結(jié)果顯示地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)下沉速度小于1.67 mm/d，地表處于殘余衰退階段；同時(shí)模型相關(guān)系數(shù)R2>0.95，預(yù)測(cè)結(jié)果和曲線擬合精度可靠。研究成果可為煤礦老采空區(qū)上方建筑地基殘余變形監(jiān)測(cè)工作提供參考。

老采空區(qū)；地表殘余變形；D-InSAR；移動(dòng)變形監(jiān)測(cè)；GM(1,1)

我國(guó)大部分以煤炭經(jīng)濟(jì)為主的城市都是“因煤而建、緣煤而興”，隨著礦業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市的擴(kuò)張，建筑用地日益缺乏，很多重要建筑物不得不建在老采空上方。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要采用殘余變形監(jiān)測(cè)、相似材料模擬試驗(yàn)、數(shù)值模擬、開采沉陷預(yù)計(jì)反演等方法綜合分析老采空區(qū)上方地表殘余變形規(guī)律[1-5]，而對(duì)于采用高分辨率遙感存檔數(shù)據(jù)反演和現(xiàn)時(shí)實(shí)測(cè)沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)研究的較少。本文以淮南礦區(qū)新莊孜礦新淮工業(yè)廣場(chǎng)為例，采用D-InSAR遙感解譯與地表殘余變形監(jiān)測(cè)結(jié)合的方法，對(duì)老采空區(qū)上方地表殘余變形規(guī)律進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。

1 研究區(qū)概況

新莊孜礦新淮工業(yè)廣場(chǎng)于2006年建于50年前開采的C13、B11b煤層老采空區(qū)上方的地表，建成投入使用后不久，地表出現(xiàn)了不均勻沉降，部分重要建(構(gòu))筑物先后出現(xiàn)了程度不等的損壞變形情況。新淮工廣井上下對(duì)照?qǐng)D及建(構(gòu))筑物分布示意圖如圖1、圖2所示。

2 基于D-InSAR的殘余變形規(guī)律反演分析

2.1 數(shù)據(jù)源與解譯方法

采用ALOS PALSAR雷達(dá)影像數(shù)據(jù)為新淮工業(yè)廣場(chǎng)的影像數(shù)據(jù)源，同時(shí)將4景影像數(shù)據(jù)源組合成3組干涉像對(duì)，具體參數(shù)見表1。

采用D-InSAR雙軌差分干涉處理方法對(duì)表1中的干涉像對(duì)進(jìn)行處理，經(jīng)配準(zhǔn)、重采樣、濾波、平地效應(yīng)消除、干涉條紋濾波和相位解纏、相高轉(zhuǎn)換等數(shù)據(jù)處理后[6-8]，獲得地表沉降分布圖。

圖1 B11b、C13槽井上下對(duì)照示意圖

2.2 D-InSAR反演結(jié)果分析

將研究區(qū)的高分辨率影像圖、D-InSAR解譯圖

像、下沉等值線圖進(jìn)行疊加分析,如圖3所示，反演結(jié)果顯示新淮工業(yè)廣場(chǎng)地表殘余變形規(guī)律為：2009年1月—2010年1月期間最大下沉量為100 mm，最大下沉速率為2.5 mm/d；2010年1月—2011年2月期間，最大下沉量為27 mm，最大下沉速率為0.07 mm/d。

圖2 新淮工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)建(構(gòu))筑物分布示意圖

干涉像對(duì)主圖像時(shí)間輔圖像時(shí)間時(shí)間基線/d空間基線/m臨界基線/m12009-01-272009-12-1532214801306822009-12-152010-01-30466731307432010-01-302011-02-02368165913070

圖3 新淮工業(yè)廣場(chǎng)地表殘余形變分析

3 基于地表移動(dòng)觀測(cè)站的殘余變形規(guī)律監(jiān)測(cè)分析

3.1 地表移動(dòng)觀測(cè)站設(shè)置

為分析新淮工業(yè)廣場(chǎng)殘余變形動(dòng)態(tài)演變規(guī)律，在新淮工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)設(shè)立地表移動(dòng)觀測(cè)站并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如圖4所示。觀測(cè)站由T線和N線組成，其中T線長(zhǎng)510 m，觀測(cè)點(diǎn)16個(gè)；N線長(zhǎng)716 m，觀測(cè)點(diǎn)10個(gè)，2012—2013年間共進(jìn)行了7次日常觀測(cè)和4次全面觀測(cè)。

圖4 新淮工業(yè)廣場(chǎng)地表移動(dòng)觀測(cè)站布設(shè)示意圖

3.2 殘余變形監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

圖5(a)、(b)分別為觀測(cè)站T、N線的下沉曲線圖。觀測(cè)期間，T線中T1監(jiān)測(cè)點(diǎn)的下沉量最大，為55.6 mm，T11監(jiān)測(cè)點(diǎn)的下沉量最小，為21.6 mm；N線中N8監(jiān)測(cè)點(diǎn)的下沉量最大，為52.5 mm；N15監(jiān)測(cè)點(diǎn)下沉量最小，為23.5 mm。從不同時(shí)期下沉曲線可以發(fā)現(xiàn),T、N兩條監(jiān)測(cè)線的監(jiān)測(cè)點(diǎn)在初始時(shí)期下沉量逐漸變大,達(dá)到峰值后趨于穩(wěn)定的規(guī)律；T、N兩條監(jiān)測(cè)線上采空區(qū)邊緣點(diǎn)的下沉量逐漸增大且下沉速度非常緩慢。

圖5 新淮工業(yè)廣場(chǎng)殘余變形實(shí)測(cè)曲線

圖5(c)、(d)分別為T、N線的下沉速率曲線圖，T、N線的下沉速率均小于1.67 mm/d，處于下沉非活躍期[9]，對(duì)建筑地基不會(huì)產(chǎn)生危害。

3.3 殘余變形規(guī)律預(yù)測(cè)

根據(jù)地表移動(dòng)觀測(cè)站監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置情況，在采空區(qū)邊緣分別選取了N8、N13、N16、T1、T10、T15 6個(gè)特征點(diǎn)，采用GM(1,1)模型結(jié)合D-InSAR歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)地表殘余變形動(dòng)態(tài)發(fā)展規(guī)律進(jìn)行預(yù)測(cè)[10-12]，預(yù)測(cè)結(jié)果如圖6所示，預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的殘差最大值為2.4 mm，相關(guān)系數(shù)R2>0.95表明曲線擬合精度很高。

圖6 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)殘余變形反演值、實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值對(duì)比分析

由圖6可知，選擇的監(jiān)測(cè)點(diǎn)均表現(xiàn)出基本一致的殘余變形規(guī)律，監(jiān)測(cè)點(diǎn)下沉量達(dá)到最大值后逐漸趨于穩(wěn)定。試驗(yàn)結(jié)果表明，將2009—2011年間的雷達(dá)影像存檔數(shù)據(jù)反演結(jié)果和2012—2013年間觀測(cè)站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合，再采用GM(1,1)模型預(yù)測(cè)提高了預(yù)測(cè)結(jié)果的精度和時(shí)效性。

4 結(jié) 論

(1) 采用2009—2011年間的ALOS衛(wèi)星PALSAR數(shù)據(jù)，通過雙軌差分干涉處理方法獲得新淮工業(yè)廣場(chǎng)的沉降分布圖和下沉等值線圖，反演結(jié)果顯示研究區(qū)殘余變形最大下沉量為100 mm，最大下沉速率為2.5 mm/d。

(2) 地表移動(dòng)觀測(cè)站監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，監(jiān)測(cè)點(diǎn)和老采空區(qū)的相對(duì)位置影響其殘余下沉量，保護(hù)煤柱上方的地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)的殘余下沉量較小，靠近老采空區(qū)的地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)殘余下沉量較大。

(3) 采用GM(1,1)模型結(jié)合D-InSAR反演結(jié)果與觀測(cè)站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行地表殘余變形動(dòng)態(tài)預(yù)計(jì)能夠提高預(yù)計(jì)結(jié)果的精度與時(shí)效性，實(shí)現(xiàn)了老采空區(qū)殘余變形的歷史反演和未來(lái)發(fā)展預(yù)測(cè)的有機(jī)結(jié)合。

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Analysis of Old Goaf Surface Residual Deformation Regulation Based on Multi-source Data

XU Liangji,LIU Zhe,PANG Hui,WANG Zhenbing

(Faculty of Surveying and Mapping,Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China)

For analyzing the regulation of surface residual deformation above old goaf, the surface residual deformation regulation above Xinhuai factory by remote sensing interpretation method and surface residual deformation monitoring is studied, and the dynamic residual deformation regulation with historical archive data and real-time data monitoring based on GM(1,1) model is predicted. According to the inversion of historical archive data. The result shows that the maximum sinkage is 100 mm from January 2009 to December 2011; the maximum residual sinkage is 55 mm from January 2012 to December 2013; the residual subsidence of surface monitoring point is stable. The research result could provide reference for the building foundation residual deformation monitoring work above old goaf.

old goaf; surface residual deformation; D-InSAR; monitoring of surface movement and deformation; GM (1,1)

徐良驥，劉哲，龐會(huì)，等.多源數(shù)據(jù)下老采空區(qū)上方地表殘余變形規(guī)律分析[J].測(cè)繪通報(bào)，2017(2)：45-48.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0046.

2016-10-10

國(guó)家自然科學(xué)基金(41472323)；安徽省對(duì)外科技合作計(jì)劃項(xiàng)目(1503062020)

徐良驥(1978—)，男，教授，研究方向?yàn)榈V山開采形變監(jiān)測(cè)。E-mail:ljxu@aust.edu.cn

P237

A

0494-0911(2017)02-0045-04