本文首先采用变换基准的边角网间接平差模型,对地表移动边角监测网进行了多期变基准数据处理,计算了三点相对精度,并进行了基准变换的相对变形分析.在研究中,采用变基准位移转换公式,运用逐次定权迭代法进行了不稳定参考点检验及不稳定点位移计算与变形模型的检验分析.尤其是不同基准的地表移动相对变形分析方法,可以对变形区域内的局部变形进行监测精度分析与相对变形量计算,突出局部变形特征,对传统变形分析进行了改进.地表移动GPS实时监测表明:地表移动存在强烈的非线性波动,运动曲线不是光滑的,常规的数学方法,很难逼真其运动状态.经分析地表移动符合分形布朗运动(fbm)规律,可用分形理论对地表移动状态进行模拟分析.在研究中,采用迭代函数系仿射变换方法,进行了分形插值与分形预测、损害裂隙的分形模拟及地表移动的时间序列的R/S状态演变分析与预测.实验表明:分形理论在处理地表移动的非线性特性方面具有传统方法无可比拟的优越性,它除了利用插值点附近信息外,还顾及了曲线的整体特性,具有真实感.对地表移动研究的核心内容--预测技术,本文提出应用多层递阶周期项分析方法分析由开采引起的地表移动,认为由开采引起的地表移动是趋势项、周期项及随机项运动的合成.对地表移动的趋势项运动,采用了概率积分法、DM(1,1)模型及指数平滑法三种预测模型,结合实测数据,进行了预测精度分析,并指出了各模型的适用条件.对于地表移动的周期项预测,选用了具有数据挖掘功能的多层递阶周期预测模型.多层递阶周期预测模型能够实现对隐含周期的分离,首先将地表移动监测序列的均值生成函数,并计算相关矩阵,采用逐步回归法提取显著周期分量,然后建立预测模型,认为预测模型中的系数是时变的,需对模型中系数建模进行时变性判断及预测,由预测的时变系数再对地表移动状态值进行预测,做到实测数据的预测与验证.残差项为随机性运动,采用AR(n)建模.根据实测数据,进行了三者组合预测,取得了较好的预测效果.由于开采沉陷过程具有时空特性,本文基于Mapinfo6.5开发了矿区地表变形预测与可视化系统(Mine Surface Deformation Forecasting and Visualization System,简称MSDFVS)系统采用以模板文件形式快速建立新项目的方法,运用概率积分法进行任意形状多工作面开采沉陷地表移动与变形预计,基于等值线设计了新的剖面图绘制算法和塌陷区面积、体积的计算方法,并结合GIS不确定性理论提出了GIS图形环境下矿区地表塌陷破坏等级划分准则.