本书针对我国西部矿区地下采煤引起的地表损害问题，阐述地表沉陷变形和土壤环境变化的监测技术与评价方法。全书共八章，在系统分析西部矿区采煤沉陷与地表损害基本特征的基础上，结合多个矿区工程实践，利用GNSS、无人机LiDAR、InSAR等技术进行矿区地表移动变形监测及数据处理；通过遥感反演、重力异常反演、多源监测数据建模等手段，分析西部矿区土壤环境变化及采空区地表的重力异常效应；基于开采沉陷理论和土力学原理，揭示西部黄土高原矿区开采沉陷中土、岩双层介质的耦合效应及采动黄土层的附加变形机理。在上述基础上构建了西部矿区开采沉陷预计及损害评价模型，并开发了相应的软件系统以便于实际应用。 本书可作为测绘工程、采矿工程、地质工程、环境工程、土木工程等专业高年级本科生和研究生的选修教材，也可供相关专业的工程技术人员参考。

第一章 西部矿区采煤地表变形损害的基本特征
1.1 概述
1.1.1 西部矿区地表变形损害概况
1.1.2 地表变形监测技术进展
1.1.3 地表变形损害评价简述
1.1.4 本领域研究存在的问题
1.2 西部矿区开采沉陷模式
1.2.1 “三带”型沉陷模式
1.2.2 “切冒”型沉陷模式
1.2.3 “过渡”型沉陷模式
1.2.4 特厚急倾斜煤层开采沉陷模式
1.3 黄土覆盖矿区地表变形与破坏特征
1.3.1 地表移动与破坏的主要形式
1.3.2 地表动态移动变形的基本特征
1.3.3 地表移动稳定后的角量参数
1.4 榆神风积沙覆盖矿区地表移动与破坏特征
1.4.1 地表塌陷与破坏形式
1.4.2 塌陷区地表动态移动参数
1.4.3 塌陷区地表稳定后的移动参数
1.4.4 采煤塌陷引起的地表环境变化
参考文献
第二章 基于GNSS的矿区地表移动监测
2.1 GNSS连续监测系统简介
2.2 矿区地表沉陷GNSS连续监测试验
2.3 监测数据精度与可靠性评价
2.4 矿区地表沉陷时序数据分析
参考文献
第三章 基于无人机LiDAR的矿区沉陷监测
3.1 机载LiDAR测量原理
3.1.1 机载LiDAR系统组成
3.1.2 机载LiDAR系统工作原理
3.2 点云数据预处理及精度验证
3.2.1 LiDAR数据预处理
3.2.2 点云数据精度验证
3.3 现有点云滤波算法及其适用性分析
3.3.1 五种点云滤波算法的基本原理
3.3.2 点云滤波效果评价方法
3.3.3 黄土沟壑区点云滤波效果分析
3.3.4 榆神风积沙区域点云滤波效果分析
3.4 基于LiDAR点云构建DEM的改进算法
3.4.1 点云二次滤波
3.4.2 地面特征点云提取算法
3.5 点云插值算法对比分析
3.5.1 点云插值算法及参数设置
3.5.2 误差直方图统计
3.5.3 误差指标对比
3.6 基于点云的沉陷DEM建模
3.6.1 初始沉陷DEM获取
3.6.2 初始沉陷DEM的误差分析
3.7 基于小波的沉陷DEM去噪
3.7.1 小波阈值去噪原理
3.7.2 小波阈值去噪的关键参数
3.7.3 矿区沉陷DEM去噪方案
3.7.4 矿区沉陷DEM去噪结果分析
3.7.5 沉陷DEM边界提取
3.8 基于改进特征匹配算法的水平位移提取
3.8.1 传统地表水平位移提取
3.8.2 改进特征匹配的算法原理
3.8.3 点云密度与算法适配性分析
3.8.4 参数分析及鲁棒性影响
3.8.5 改进特征匹配算法的地表水平位移提取
参考文献
第四章 基于雷达遥感的矿区地表三维变形监测
4.1 InSAR矿区地表三维位移反演
4.1.1 InSAR矿区地表三维位移反演方法
4.1.2 基于沉陷对称特征的位移分解算法
4.1.3 InSAR矿区地表三维位移反演模型改进算法
4.1.4 基于沉陷对称特征的矿区InSAR三维位移分解程序
4.2 InSAR榆神矿区地表变形监测实例
4.2.1 榆林金鸡滩矿区地表沉陷盆地边界提取实例
4.2.2 基于SBAS-InSAR的榆神矿区地表动态沉陷特征分析
参考文献
第五章 采煤沉陷区土壤环境变化监测
5.1 矿区土壤湿度监测原理与方法
5.1.1 土壤湿度的实地监测方法
5.1.2 土壤湿度遥感影像反演原理与方法
5.1.3 光谱数据反演土壤湿度原理与方法
5.2 基于遥感影像的矿区土壤湿度反演
5.2.1 研究区概况
5.2.2 遥感数据及预处理
5.2.3 矿区土壤湿度反演模型
5.2.4 矿区土壤湿度变化特征
5.3 基于光谱数据的矿区土壤湿度建模
5.3.1 数据采集及预处理
5.3.2 光谱数据转换与分析
5.3.3 沉陷区土壤光谱特征分析
5.3.4 沉陷区土壤湿度建模
5.3.5 模型验证
参考文献
第六章 采空区地表的重力异常效应
6.1 概述
6.2 采空区地表重力异常的正演分析
6.2.1 任意三维形体的重力异常正演模型
6.2.2 矩形条带采空区地表重力异常正演
6.2.3 采空区移动空源地表重力异常正演
6.3 高精度重力测量数据的可靠性分析
6.3.1 CG-5重力仪及性能指标
6.3.2 CG-5重力仪的静态漂移评价
6.3.3 CG-5重力仪的动态漂移评价
6.3.4 CG-5重力仪数据可靠性测试
6.4 重力测量数据的平滑处理方法
6.4.1 剖面异常曲线的平滑方法
6.4.2 平面异常的平滑方法
6.5 基于紧致差分格式的采空区边界反演
参考文献
第七章 西部矿区采动地表变形损害机理
7.1 开采沉陷中的土岩耦合效应
7.2 黄土层对基岩开采沉陷的荷载作用
7.2.1 土层对基岩开采沉陷的荷载效应
7.2.2 基岩沉陷引起的黄土层附加应力与变形
7.2.3 开采充分程度对土岩沉陷的影响
7.3 采动土体渗透固结变形机理
7.3.1 采动引起的地下水流场变化
7.3.2 饱和土的渗透固结理论
7.3.3 饱和土体单元采动固结变形机理
7.3.4 近地表非饱和土体单元体积变形机理
7.4 采动土