基于時(shí)序雷達(dá)干涉測(cè)量的礦區(qū)沉降形變監(jiān)測(cè)研究

溫冬華

（安徽省地勘局第一水文工程地質(zhì)勘查院，安徽 蚌埠 233000）

隨著礦產(chǎn)資源開(kāi)采的不斷推進(jìn)，導(dǎo)致礦區(qū)地表沉降問(wèn)題更加嚴(yán)重，如地裂縫、塌陷等沉降問(wèn)題，嚴(yán)重的制約著礦山的發(fā)展[1]。因此，在礦山資源開(kāi)采過(guò)程中對(duì)開(kāi)采區(qū)域地表沉降形變監(jiān)測(cè)工作是有效防治礦山地表形變的重要措施。基于此，本文以某礦山的為例，分析時(shí)序雷達(dá)干涉測(cè)量監(jiān)測(cè)技術(shù)在礦山沉降形變監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。

1 MT-InSAR技術(shù)在礦山形變監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

沉降形變監(jiān)測(cè)技術(shù)方法較多，如傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)地面水準(zhǔn)測(cè)量、GPS等，具有監(jiān)測(cè)精度高的特點(diǎn)，但傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)手段具有工作量大、成本高的缺點(diǎn)，此外，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)以單點(diǎn)監(jiān)測(cè)為主，不能獲得實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的整體沉降形變變化規(guī)律研究不利。MT-InSAR技術(shù)可以對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，即能夠獲得監(jiān)測(cè)對(duì)象的動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)，以時(shí)間為序列，建立相應(yīng)的形變規(guī)律。

2 MT-InSAR監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

礦山地表沉降形變問(wèn)題是大范圍問(wèn)題，監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用是預(yù)防或者治理礦山地表沉降的主要方法之一，如GNSS（衛(wèi)星定位系統(tǒng)）、水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)等。但是，水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)具有效率低、觀測(cè)周期長(zhǎng)，耗費(fèi)人力物力資源多的缺點(diǎn)；GNSS（衛(wèi)星定位系統(tǒng)）雖然避免了水準(zhǔn)測(cè)量的缺點(diǎn)，但是該技術(shù)方法無(wú)法獲得區(qū)域性地表沉降信息觀測(cè)的基本要求。此外，其他傳統(tǒng)的測(cè)量監(jiān)測(cè)技術(shù)，如全站儀測(cè)量、應(yīng)變計(jì)測(cè)量等均是以單點(diǎn)的監(jiān)測(cè)為主，無(wú)法滿足區(qū)域上實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的基本要求，而且很難實(shí)現(xiàn)大范圍監(jiān)測(cè)的基本需求[2]。最重要的是，傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)所獲得的監(jiān)測(cè)技術(shù)是異步的，也就是所有的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并不是同一時(shí)間點(diǎn)所獲得，這對(duì)研究微小形變不利。與傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)相比，MT-InSAR監(jiān)測(cè)技術(shù)具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)。

2.1 MT-InSAR監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了面上監(jiān)測(cè)的目的

眾所周知，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)方法無(wú)法獲得大范圍面上監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，是以單點(diǎn)獨(dú)立測(cè)量為主，而MT-InSAR監(jiān)測(cè)技術(shù)的理論基礎(chǔ)是以監(jiān)測(cè)區(qū)域隨機(jī)分布的若干像元組成，進(jìn)而對(duì)觀測(cè)區(qū)域選定的觀測(cè)相位進(jìn)行干涉處理，選擇相干性高、穩(wěn)定性強(qiáng)的干涉相位進(jìn)行分析，就可以獲得連續(xù)的觀測(cè)面，因此，該類(lèi)方法對(duì)于大范圍形變監(jiān)測(cè)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。此外，就觀測(cè)同步性問(wèn)題而言，MT-InSAR技術(shù)的觀測(cè)是同步的，即在某一時(shí)刻內(nèi)就可以獲得監(jiān)測(cè)區(qū)域整體的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域某一時(shí)刻的沉降形變監(jiān)測(cè)研究極為有利。因此，MT-InSAR技術(shù)實(shí)現(xiàn)由“以點(diǎn)蓋全”監(jiān)測(cè)到“全覆蓋”監(jiān)測(cè)的變化，所獲形變信息和規(guī)律更具指示意義。

2.2 MT-InSAR技術(shù)的監(jiān)測(cè)范圍明顯提升

傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)以獨(dú)立的單點(diǎn)監(jiān)測(cè)為主，每一監(jiān)測(cè)站點(diǎn)所覆蓋的監(jiān)測(cè)范圍極為有限，而MT-InSAR技術(shù)是以監(jiān)測(cè)區(qū)域隨機(jī)的若干像元為基礎(chǔ)的，即可獲得較大范圍內(nèi)高密度點(diǎn)采樣監(jiān)測(cè)的目的，有效的解決了大范圍監(jiān)測(cè)困難的問(wèn)題。

2.3 MT-InSAR技術(shù)實(shí)現(xiàn)了定量定性監(jiān)測(cè)

MT-InSAR監(jiān)測(cè)技術(shù)明顯區(qū)別于傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)，該技術(shù)不僅可以快速的獲取監(jiān)測(cè)區(qū)域高精度的形變圖、沉降速率圖等，而且在該類(lèi)圖件中明確的反映出了監(jiān)測(cè)區(qū)域的沉降形變變化特征，如使用MT-InSAR監(jiān)測(cè)技術(shù)可以獲得實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和任一相干目標(biāo)的形變量、形變速率、累計(jì)形變量和時(shí)間序列變化等特征，即可以獲得動(dòng)態(tài)想干點(diǎn)的形變圖譜，具有明顯定量定性的特點(diǎn)。

2.4 MT-InSAR監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠獲得更高的監(jiān)測(cè)精度

MT-InSAR監(jiān)測(cè)技術(shù)具有較高的監(jiān)測(cè)精度，理論監(jiān)測(cè)精度可達(dá)毫米級(jí)，因此，其監(jiān)測(cè)精度完全能夠滿足礦山形變監(jiān)測(cè)的基本要求，即能夠滿足推廣使用的基本條件。

3 MT-InSAR技術(shù)在某礦山沉降形變監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

MT-InSAR技術(shù)在礦山沉降形變監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用與其他地表形變監(jiān)測(cè)方法基本一致，首先需要進(jìn)行主、從影像的配準(zhǔn)。

在完成配準(zhǔn)的影像上進(jìn)行SAR數(shù)據(jù)差分處理，即對(duì)SAR影像進(jìn)行時(shí)間序列的干涉處理，獲得以時(shí)間為基礎(chǔ)的干涉圖集，并結(jié)合外部高精度DEM模型剔除SAR影像中的地形相位，進(jìn)而獲得去地形的差分干涉圖序列[3]。在此基礎(chǔ)上，選擇穩(wěn)定性強(qiáng)、相干性高的PS點(diǎn)目標(biāo)，一般采用相位分析法等方法選擇PS點(diǎn)目標(biāo)，進(jìn)而對(duì)選定的穩(wěn)定性強(qiáng)、相干性高的PS點(diǎn)進(jìn)行相位解纏，獲得不同因素對(duì)地表沉降量的貢獻(xiàn)度，即每個(gè)像元點(diǎn)的形變量。PS點(diǎn)的相位解纏方法較多，可分為二維解纏法和三維空間解纏法，其中三位解纏法對(duì)SAR數(shù)據(jù)質(zhì)量要求比較高，一般采用二維解纏法進(jìn)行相位解纏，其流程為：計(jì)算相鄰像素間的相位差，在時(shí)間域上進(jìn)行低通濾波處理，削弱影像時(shí)間序列間大氣延遲的影響；計(jì)算濾波后的相位差的相位主值并積分，解纏時(shí)間維的相位差。本文以某礦山為研究對(duì)象，使用MT-InSAR技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、相位解纏等流程，最終獲得某PS目標(biāo)及沉降點(diǎn)位分布圖，不同的PS點(diǎn)目標(biāo)使用不同的顏色加以區(qū)別，在網(wǎng)絡(luò)平差過(guò)程中依據(jù)誤差傳播定律計(jì)算得到的各PS點(diǎn)目標(biāo)的中誤差，經(jīng)解算得到各PS目標(biāo)上高差變化量，進(jìn)而得出礦區(qū)形變量值（表1），獲得該礦山最大沉降量可達(dá)17.6mm。

表1 礦區(qū)部分形變值統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)語(yǔ)

MT-InSAR監(jiān)測(cè)技術(shù)在礦山地表形變監(jiān)測(cè)中具有良好的應(yīng)用效果，本文結(jié)合某礦山沉降形變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，使用該技術(shù)獲得該礦山最大沉降量為17.6mm，監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)礦山地表沉降形變監(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)變化以及防治有著積極的作用。