時序D-InSAR技術在礦山變形測量中的應用

■李敬唐

（茂名市國土資源勘探測繪院廣東茂名525000）

時序D-InSAR技術在礦山變形測量中的應用

■李敬唐

（茂名市國土資源勘探測繪院廣東茂名525000）

本文討論了基于時序D-InSAR技術應用于礦山變形測量中所具有的獨特優勢，通過簡介時序D-InSAR技術基本原理，并結合工程實例，分析論證了相對于傳統GPS測量和水準測量，時序D-InSAR測量技術只用幾幅影像就可以監測上萬平方公里的礦山地表形變，其監測精度可達到毫米級，時序D-InSAR技術有很大的成本優勢，具有廣闊的市場應用潛力。

雷達干涉測量差分干涉測量雙軌法三軌法；

1 引言

常規礦山變形測量一般采用重復精密水準測量方法，這種方法需要野外作業，周期長、花費大。隨著空間測量技術的發展，其逐漸被周期短、精度高、布網迅捷的GPS方法所替代，但GPS方法應用于大范圍的礦山監測任務時無明顯優勢，且GPS在監測垂直位移分量方面精度相對較低。近年來，空間對地遙感技術特別是衛星雷達測量技術得到迅猛發展，其中衛星雷達干涉測量方法(Interferometry Synthetic?Aperture?Radar，縮寫為InSAR)?進入到一個新高度，可利用衛星雷達差分干涉測量(Differential?Interferometry-Synthetic pertureRadar，縮寫為D-InSAR)來探測地表的微小地形變化。D-InSAR測量技術可以在大面積范圍內(100km×100km)監測地面的微小形變，具有不需要人員進入現場區域測量的特點，相對于GPS測量和水準測量手段而言，有很大的成本優勢，具有廣闊的市場應用潛力。其次，水準測量和GPS測量技術只能監測有限的、離散的控制點，而D-InSAR測量技術用幾幅影像就可以監測上萬平方公里的地表形變，其監測精度可達到毫米級。目前，其已在礦山變形測量中得到良好的應用。

2 基本原理

InSAR技術是以合成孔徑雷達復數據提取的相位信息為信息源獲取地表三維信息和變化信息的一項技術，其基本思想是:利用兩副天線同時成像或一副天線相隔一定時間重復成像，獲取同一區域的復雷達圖像對，由于兩副天線與地面某一目標之間的距離不等，形成干涉圖，干涉圖中的相位值即為兩次成像的相位差測量值，根據兩次成像的相位差與地面目標的三維空間位置之間存在的幾何關系，利用飛行軌道的參數，即可測定地面目標的三維坐標，它可以用來提供大范圍的高精度數字高程模型(DEM)，并用于探測地表形變。

衛星雷達差分干涉測量（D-InSAR），是利用同一地區不同時相的SAR影像，通過差分干涉，獲取該地區地表形變信息的技術手段。差分干涉是利用雷達兩次不同位置獲取的同一監測區域的相位，差分干涉得到形變信息。已有研究提出了三種方法進行差分干涉，兩軌法、三軌法和四軌法。兩軌法是使用兩幅雷達影像和對應地區的外部數字高程模型，首先由兩幅雷達影像形成一個干涉對，生成既包含地表形變信息又包含地形因素的干涉圖，然后根據外部數字高程模型反演地形相位并從干涉相位中予以去除，最后得到僅包含地形形變信息的干涉圖。

3 時序D-InSAR技術在礦山變形測量中的應用實例

該工程位于廣東省茂名市的某高嶺土礦，該高嶺土礦位于茂名市區NE38°方向，直距10.0km處。行政區域隸屬茂名市茂南區山閣鎮山閣村委會酒鋪村管轄。礦區中心地理坐標：東經110°55′55″，北緯21°44′25″。礦區總面積0.1722km2。礦區有1公里礦區公路通往山閣鎮，山閣鎮至茂名市區10km，交通方便。礦區開采深度+37m-+19m。利用ENVISAT衛星獲取的6景ASAR數據進行差分干涉測量處理。

3.1 時相及數據組合

根據SAR數據的時相和相對基線距，將JERS21SAR數據分成6組2次差分分組和3組3次差分分組，以形成幾種時間間隔。

3.2 數據處理與提取干涉測量信息

經過對分組數據進行SAR強度分析、SAR像對相干性分析、DEM(SRTM)圖像及與雷達圖像的配準、干涉圖像處理及基線距精校正、形成干涉圖像，將解纏后的相位轉換成沉降量，疊加到雷達強度圖上，得到JERS213次差分干涉圖4幅、2次差分干涉圖5幅、ENVISAT兩次差分干涉圖1幅。

3.3 差分干涉處理結果

通過對22景數據的篩選，采用三次、二次過境差分法處理，獲得自2010年2月27日～2014年12月5日礦山地面形變干涉圖像，不僅新發現11個連續發生地表形變的沉陷區，同時精確監測到沉陷形變的時間變化和沉陷幅度(其精度達cm級)。據D-InSAR測量和遙感動態監測及外業驗證結果表明，地表沉降主要分布于高嶺土礦集中區，其沉降范圍自2010～2014年經歷了一個由小到大再趨于平穩的勢態。其沉降速度也由2010年的每月1cm，逐漸加速到2012年的每月1.5cm。而后又趨緩并保持在每月1cm的速度，監測區較典型的沉降區位于酒鋪村東一帶。

3.4 結果分析

另據監測結果的時空分布表明，最大沉降速度與沉降范圍的擴展與采礦活動的強度和氣候有關，2010～2014年正值全民辦礦、群采活動高峰，也是沉降范圍最大的年份，而沉降速度大小直接與降水量有關，初步認為春夏干旱時期沉降速度慢，秋季降雨集中時段沉降速度明顯加快。

4 結語

通過以上分析得知，時序D-InSAR技術已經能夠很好的應用于礦山變形監測，在數據質量較好的情況下可達到mm級的監測精度，D-InSAR測量技術不僅克服了GPS“離散監測”的缺陷，而且能夠依據存檔數據掌握過去某一時刻的地面沉降情況，具有不同時段相互對比、分析，快速實現動態監測的優勢，可直觀揭示地面沉降的過去、現在，并準確預測其發展趨勢，時序D-InSAR測量技術在礦山變形監測領域必定有著良好的應用前景。

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P2[文獻碼]B

1000-405X（2016）-6-344-1