合成孔徑雷達差分干涉測量在礦山開采區變形監測中的應用

李秀江

（遼寧省地礦測繪院有限責任公司，遼寧 沈陽 110121）

當前我國能夠實現經濟快速發展可以說離不開礦產資源的全面開發，礦產資源開發是實現經濟可持續快速發展的一種戰略保障。礦產資源的開采帶給人們經濟上的發展和物質上的繁榮，但在經濟有所發展的同時也對我們賴以生存的生態環境帶來了巨大傷害，很多礦山在開采時會造成水土資源的嚴重破壞，因為地下被直接挖空而產生地表塌陷、礦山變形的現象，嚴重時甚至會威脅到礦山開采人員的生命安全。礦山開采區的變形會受到不同地質條件和不同環境要素的影響，同時會對生態環境方面造成很大危害，包括：對采礦區周邊環境產生污染；對采礦區的地表產生毀損；對地面各種線路產生破壞；同時也會對周邊居民的各種生活設施產生一定程度的破壞[1]。因此，針對礦山開采區變形所產生的嚴重危害，迫切需要我們采用科學手段對礦山開采區變形進行有效監控。

1 在礦山開采地表變形監測中的應用

礦山開采區變形監測具有監測范圍廣泛和地形條件復雜等特點。傳統的礦山開采區變形監測方法包括GPS測量、三角高程測量和水準測量等等，這些方法效率不高，時效性低下，需要監測人員現場進入監測區域去自行設置觀測點，消耗很大而且費時費力。針對傳統礦山開采區變形監測手段的各種缺陷，許多學者對其進行不斷探索，對礦區開采區的變形采用精度高、范圍大且可以進行實時監測的高科技測量方法，結果發現合成孔徑雷達差分干涉測量方法可以克服傳統監測方法的各種不足，極大提高礦山開采區變形監測效率[2]。合成孔徑雷達差分干涉測量技術是利用對同一觀測點的具有一定相關性與視角差的多景SAR影像數據來進行處理，從而獲得精度很高的微小形變信息及三維地形信息。合成孔徑雷達差分干涉測量具有重復軌道干涉和雙天線單航過兩種測量模式，工作流程如圖1。

圖1 合成孔徑雷達差分干涉測量兩種模式的工作流程圖

合成孔徑雷達差分干涉測量技術是合成孔徑雷達干涉測量技術的一種應用拓展，在礦山開采區地表變形監測中的應用主要是利用雷達探測來跨越形變期并進行多次重復觀測，對獲取的復圖像進行干涉處理、圖像配準與二次差分處理，從而獲取包含礦山開采區地表形變信息如大氣延遲、地形、噪聲和參考面等的差分相位信息，再運用外部地形數據和多余觀測值從礦山開采區干涉相位中除去地形因素施加的影響而得到表示礦山開采區地表形變的相位，進而定量反演礦山開采區地表形變。合成孔徑雷達差分干涉測量技術主要分為三種方法包括二軌法、三軌法與四軌法，其中該技術的核心是干涉相位數據的獲取以及處理。利用合成孔徑雷達差分干涉測量技術可以對礦山開采地表變形進行監測，該技術可以實時獲取礦山開采區的地表數據，對礦山開采區的地表形變進行實時數據分析與形變預測。

2 在礦山開采沉陷變形監測中的應用

合成孔徑雷達差分干涉測量技術結合了干涉測量技術與合成孔徑雷達成像原理，利用軌道之間的幾何關系、空間姿態參數與傳感器的系統參數來精確測量測量點中某一點的微小變化與三維空間位置變化。合成孔徑雷達差分干涉測量技術的技術優勢十分明顯，因此近年來該技術得到了迅速發展。合成孔徑雷達差分干涉測量技術不僅可以實現礦山開采區地表變形的監測，還可以實現礦山開采區沉陷變形的大面積監測，其精度很高，甚至可達毫米級。

合成孔徑雷達差分干涉測量技術對礦山開采區的沉陷變形監測首先要積累覆蓋同一礦山的多景SAR影像,其中實現礦山開采區數據監測的影像主要來自衛星影像和雷達影像，將這些SAR影像形成以時間序列排序的干涉影像對，再從中提取出不受大氣變化和空間、時間基線失相關影響的數據穩定點目標，通過對穩定點目標上的地形相位進行分離來達到監測礦山開采區沉陷變形的目的。合成孔徑雷達差分干涉測量技術應用于礦山開采區沉陷變形監測的主要步驟可以分為沉陷形變估計、沉陷差分干涉圖的生成與沉陷相干點的目標識別三部分。首先選取采集影像，對研究區域進行裁剪，依次進行配準并采取干涉處理法，去除地表相位產生的影響，生成沉陷差分干涉的相位圖。然后對PS點進行確定，通過對時間和空間導致的相關誤差進行排除，確保PS候選點擁有相位穩定性，并在最終的PS點確定后實行相位解纏。最后在空間域與時間域上分別進行低通濾波處理和高通濾波處理，最終獲得該礦山開采區的沉陷變形相位從而對該礦山開采區的沉陷變形進行實時數據分析和沉陷走向估測。

3 結語

礦山開采區變形監測是合成孔徑雷達差分干涉測量的重要應用領域。合成孔徑雷達差分干涉測量技術可以覆蓋約幾千平方公里的范圍，而且具備全天候與時效性等優點，甚至可以穿云透霧，該技術自面世以來就已經成為國內外研究的熱點。合成孔徑雷達差分干涉測量技術在礦山開采區變形監測中的應用包括對礦山開采區地表變形監測中的應用與礦山開采區沉陷變形監測中的應用，隨著該技術的發展，其在礦山開采區的應用越來越廣泛，擁有著十分廣闊的發展前景。