基于多源多时相卫星数据的采煤塌陷区信息提取

【作者】 周晶晶； 李新举； 王义方； 侯乐； 邵安冉；

【机构】 土肥资源高效利用国家工程实验室； 山东农业大学资源与环境学院；

【摘要】 我国是以煤炭作为主要能源的国家,约占一次能源构成的74%,而地下开采量约占采煤总量的93%,大规模的煤炭资源开发,在保障我国国民经济高速发展的同时,导致地表的崩塌、沉降和塌陷,对土地资源造成了严重破坏。煤炭开采造成的地表塌陷的问题越发严峻,成为各国政府和学者关注的热门话题。监测采煤塌陷区范围是煤炭城市规划整治的关键,因此如何快速有效提取采煤塌陷区具有重要意义。以济宁市兴隆庄煤矿为例,提取矿区在2015年-2017年因采煤造成的塌陷区域。主要是利用Landsat 8数据通过改进归一化水体指数(MNDWI),根据当地实际情况设定合适的阈值,提取积水塌陷区域,并根据水体的动态变化识别出季节积水区和常年积水区;利用Sentinel-1A数据通过小基线集技术(SBAS-InSAR),在SARScape软件的支持下,提取出非积水塌陷区域,得到地表在研究时间内的动态变化。充分发挥多源多时相数据以及两种方法的优势,得到兴隆庄矿区采煤塌陷区信息。结果表明截至2017年7月,矿区因采煤造成的塌陷区域面积共12.61km~2,其中积水区域面积为4.69 km~2,常年积水面积为4.07 km~2,非积水区域面积为7.92 km~2。结果试验结果和实地考察发现,矿区东部基本达到稳沉状态,地表形变缓慢,西部地表形变较为明显。2015年7月-2017年7月,矿区最大地表平均沉降速率为80.10 mm/year,最大沉降量为138.37mm。通过对SBAS-InSAR技术获取的地表平均形变速率数据与水准监测数据进行回归分析,得到测定系数R~2为0.62,均方根误差RMSE为2.94mm/year,表明SBAS-InSAR技术与水准监测数据拟合行较好,可以准确获取地表形变量。兴隆庄煤矿塌陷严重,塌陷区域约占整个矿区的26%,且有持续发展的趋势,如何科学合理的治理塌陷区域迫在眉睫。研究方法和数据可为今后快速高效监测矿区地表形变提供新思路,及时获取矿区塌陷区域及类型信息,为煤矿城市地表整治提供科学的理论依据。更多还原