第八届青年地学论坛

      受地下矿产资源开采扰动影响，矿区所在地表与地下岩层之间的平衡状态被打破，引起一系列地形及生态环境变化，如地表沉降、塌陷积水、农田道路破坏、建筑物损毁等。准确获取矿区地表三维变化可以为矿区环境保护及灾害防治提供数据与方法支持。传统GPS与水准仪的测量方法可获取高精度的地表三维变形信息，但该方法监测范围有限，需要地面布点且测点容易受到破坏，成本高且工作量较大。随着高分测绘卫星的发展与定位精度的逐步提高，利用多时相卫星立体影像及其地形产品对矿区地表三维变化进行检测，可以大范围便捷地获取地表变化信息，为矿区地表变化检测提供更多的技术手段。
      本文利用国产资源三号（ZY-3）、高分七号（GF-7）等卫星立体影像进行地表三维重建，构建多时相矿区地表数字表面模型（Digital Surface Model，DSM），在多时相DSM配准求差获取地表高程变化的基础上，联合各时相正射影像匹配与提取的点线特征，获取典型区域平面位移变化或典型地物变化，完成对矿区地表三维变化的检测。文中利用该方法分别在辽宁抚顺西露天矿区、陕西榆林神东矿区、以及安徽淮北矿区进行了具体验证，实验结果表明，ZY-3卫星影像定位高程精度约为2米，而GF-7卫星高程精度在1米以内。在辽宁抚顺西露天矿区，多时相ZY-3影像及DSM检测到2012年至2017年间，50.40%的地表区域高程变化在3米以上；2018年闭坑至2022年间，则仅有29.90%的地表区域高程变化超过3米，其他地区高程变化在3米以内。在陕西榆林神东矿区，检测到8个高程变化超过10米的采矿区域。在淮北矿区某工作面，联合光学影像特征与DSM检测开采导致的房屋损毁情况，正确率与完整率分别可达94.3%与92.9%，相比仅用单一影像特征提取的房屋损毁情况正确率与完整率分别提高了26.1%与46.4%，且实现了对房屋损毁前后高度变化的检测。研究结果表明，国产高分测绘卫星影像及其DSM可以为露天矿三维变化以及大区域三维变化检测提供技术支持，同时，联合光学影像特征与DSM的方法，能够有效提高典型地物三维变化检测的质量。
 

DSM，影像特征，三维变化，矿区，国产测绘卫星