天、空、地多源数据融合地质灾害监测案例
同煤大唐塔山煤矿有限公司 · 井田InSAR监测预警系统项目
项目背景
晋能控股煤业集团塔山煤矿井田面积约123.77平方公里，中低山地和侵蚀沟谷为主，地表黄土覆盖广泛，冲沟发育，地形起伏较大。矿区地质条件复杂，地层呈单斜结构，分布3条褶皱、542条断层，其断层最大落差达350米。在高强度厚煤层开采条件下，采空区上覆岩层破断移动剧烈，地表沉降速率快、形变梯度大，传统人工巡查、水准测量、局部点位监测等方式在大范围、复杂地形和动态采动条件下，难以满足矿区地表形变与地质灾害隐患精细化、智能化、连续化监测预警需求。
为解决现有监测短板，塔山煤矿联合坤驰智联搭建全域覆盖的 “天空地一体化” 多源数据融合监测预警体系。系统整合InSAR技术、无人机影像、地面传感器与人工智能算法，实时监测矿区地表形变、裂缝发育动态及沉降趋势，能够提供灾害精准研判、分级预警，切实守护矿井安全生产与可持续发展。
客户痛点
监测对象
| 监测对象 | 风险特征 | 监测重点 |
|---|---|---|
| 采空区及采动影响区 | 高风险区 | 累计形变量、沉陷盆地范围扩展、残余变形 |
| 河谷水位隐患区 | 重点关注 | 口泉河、鹅毛口河流域形变，雨季洪水冲刷加剧风险 |
| 小窑井口 | 历史隐患 | 井口塌陷、采空区积水涌入、地面裂缝发育 |
| 地表裂缝塌陷区 | 动态跟踪 | 历史裂缝发育区域及塌陷坑分布，持续跟踪变化 |
| 道路及运输通道 | 沉降影响 | 主要道路沉降量、地坪平整度和构筑物稳定性 |
| 高压线塔 | 敏感对象 | 塔基差异沉降、塔身倾斜、杆塔基础裂缝 |
技术路线
本项目采用SBAS-InSAR（短基线集时序InSAR）处理方法，结合多源SAR数据协同监测、偏移量追踪（Offset-Tracking）方法和GNSS地面校核，构建完整的天空地一体化形变监测技术体系。
设置合理时间/空间基线阈值，生成覆盖全时段的差分干涉对网络
采用 Goldstein 滤波器增强干涉条纹清晰度，抑制相干斑噪声
高相干像元提取，采用最小费用流方法进行相位解缠
分离消除DEM误差、大气延迟、轨道误差等系统误差
差分相位转换为高程向累计形变量，精度达毫米级
小量级连续形变区SBAS-InSAR+大梯度强形变区偏移量追踪融合
2024年1月-2026年4月多源卫星影像，多角度协同监测
差分干涉、自适应滤波、相位解缠、误差校正、形变反演
偏移量追踪（OT）融合大梯度形变区域，形成连续完整形变场
引入开采沉陷理论先验约束，构建三维形变反演模型
广义概率积分法（GPIM），融合 InSAR + GNSS + 采矿资料联合反演
天空地一体化平台，多级预警、短信推送、报告自动生成
成果形式
完整交付内容：①矿区整体形变速率图（InSAR累计形变空间分布专题图）②地表形变时空演化图 ③重点区域形变速率专题图 ④时序形变曲线图 ⑤沉陷参数反演成果 ⑥月度/季度监测分析报告 ⑦预警平台使用手册及运维文档
应用价值
全域监测面状筛查
单景 SAR 影像覆盖约123.77平方公里井田全范围，形成连续面状地表形变成果，突破传统人工巡查和少量点位监测在覆盖范围和历史回溯方面的局限
残余形变超前预警
工作面停采后覆岩结构调整和采空区残余变形仍在持续，形变并未立即稳定，为矿方提前关注重点保护对象、采取防范措施提供依据
多目标风险筛查
将形变结果与河谷、小窑井口、道路、高压线塔等对象进行叠加分析，识别各重点对象是否位于沉降中心、边缘过渡带或持续变形背景区
三维反演与沉陷预测
引入开采沉陷先验知识进行三维形变反演，获取东西向、南北向和垂直向三维形变信息，使矿山管理从"经验判断"转向"数据支撑"
天空地协同闭环
形成"InSAR面状筛查-重点对象叠加分析-现场复核-持续跟踪"的技术闭环，推动矿山地质灾害监测从单一手段、分散数据向多源融合、平台化管理方向发展
可复制推广价值
项目成果可为晋能控股集团内部其他煤矿，以及山西、内蒙古、陕西等煤炭主产区类似矿井开展地表形变监测和地质灾害预警提供参考
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