InSAR技術在礦山地面沉降監測中的應用

漆 珊，謝梅秀，江 萌

（江西省煤田地質局測繪大隊，江西 南昌 330001）

礦產資源的開發與利用一方面支撐了國民經濟的快速發展，帶來了巨大的社會經濟利益，另一方面隨著資源的開發導致礦山地下被掏空，常伴隨著地表塌陷等問題，造成區域水資源、土地資源的破壞，甚至威脅到井下工人的生命安全。因此，如何有效的提高礦山開采區地表塌陷監測工作是當前礦山企業亟待解決的問題。

InSAR技術因其具有明顯的優勢而被廣泛的應用于礦山地表塌陷、城市地表塌陷等領域的監測工作中。基于此，本文以InSAR技術為研究對象，講述了該技術在礦山地面沉降監測方面的應用。

1 InSAR技術的優點分析

與其他的地表沉降監測相比，InSAR技術具有明顯的優勢，主要體現在以下幾個方面：

（1）具有強大的面監測優勢。InSAR技術的監測原理是基于同步條件下對監測對象信息的提取，暗示其在相同的時間間隔內可以獲得更大范圍的監測數據，即針對監測目標所獲得的監測數據是同時的、同步的。總體上，該技術是一種利用非接觸的方式反映監測對象整體形變的現象，能夠有效的改善目前其他監測技術中因監測點密度稀疏、點位監測不聯系的缺陷，即InSAR技術實現由片段式的監測方式向全范圍監測的目的，推動了現代化監測技術向全方位發展的趨勢。

（2）具有大范圍空間監測優勢。InSAR技術能夠監測的范圍很大，即監測面積很大，且在監測過程中具有高密度點位采樣的特征，明顯區別于其他傳統的監測技術，如水準測量等方法，隨著監測路線長度的增大，測量累計誤差越來越大，監測時間也極長。

（3）具有定性與定量分析優勢。InSAR技術可以獲得高精度的定量形變圖，通常每一個相干目標具有一定的形變速率，且具有積累形變量和時間序列，即不同的時間范圍內每一點都是處于不同的變化過程中，該技術正是利用了每一個時間段內的形變“圖譜”，進而達到對比監測變化的目的。

（4）具有較高的精細程度。InSAR在空間上的采樣密度和時間上的觀測頻率都有很好的精細度。實際應用中，采樣密度即相干點的分布密度，多取決于所用SAR數據的分辨率與數據處理方法，分辨率越高，精細程度越高，目前工程所采用的TerraSAR-X分辨率能夠達到3m左右[1]。TerraSAR-X、Sentinel-1A等觀測周期越來越密集，達到10天左右，在雙星編隊組網后可以達到10天以內甚至更短。

（5）低成本、效益高。一般來說，檢測成本隨著檢測效率的增高而降低，主要體現在監測耗時短、耗費的人力、物力等資源明顯減少。

2 InSAR技術在礦山地面沉降監測中的應用

本文以某礦山為研究對象，該金屬礦山開采于2002年，運營至至今，礦區位于與縣城距離約42km，礦區周邊公路運輸發達。礦區所在范圍氣候較溫暖潮濕，年降水量約1100mm，春季雨水較多，屬于丘陵地區，地形起伏也較大。

2.1 監測數據的選擇

本文研究所選用的數據是覆蓋全礦區的SAR影像數據和DEM（精度為30m），數據特征見表1。

表1 某礦區InSAR技術監測數據一覽表

2.2 監測數據的處理

本文的監測數據處理方法采用基于InSAR技術的小基線集方法，即SBAS方法，是對監測區域進行時間序列的地表形變分析，在該方法中所有的干涉對均需要經過同一幅主影像對其匹配。所選擇的的主影像必須滿足兩方面的要求，一是主影像的垂直基線應小于800mm，二是主影像的垂直基線、時間基線等的絕對值要最小[2]。基于此，本文以2016年9月15日的監測影像為本文的主影像，進行相應的數據處理。在完成小基線集處理之后，利用InSAR技術對處理后的小基線集內的影像對開展二軌差分處理，并獲得相應的相位解析圖。再經過高相干點的選擇，對相位解析圖中的相干點進行判定，將相干系數不小于0.3的點判定為高相干點。

2.3 生成時間序列沉降圖

在完成上述操作的基礎上，以高相干點為基礎，借助最小乘方法（LS）獲得礦區地表沉降的線性形變速率和DEM誤差模型組成的方程組，并對其進行相應的求解計算，可以獲得監測礦區地表的線性平均沉降速率。

2.4 處理結果分析

從本文所獲得的該礦區地表線性平均沉降速率來看，礦區地表沉降隨著時間的推移逐漸向前增加，礦區沉降范圍也隨著時間的推移逐漸擴大，從沉降圖中可以明顯的看出3個沉降區域形成的沉降漏斗。通過三個沉降區域的對比可以發現，其中A沉降漏斗的范圍隨著時間的變化而具有較小的變化范圍，即沉降速率最小；B沉降漏斗的范圍隨著時間的變化有著明顯的增大，且具有向礦區北東方向偏移的趨勢，這與礦產資源的地下開采工作十分吻合；C沉降漏斗的范圍隨著時間的變化具有明顯的增大，且擴大程度較B沉降漏斗區域的小。

3 結語

礦山地面沉降形變監測結果是分析其時空發育規律，開展實地調查驗證，評價礦山地面沉降監測結果精度并進行沉降機理解釋的最基本的第一手資料，是制定治理措施的最基礎的材料。為此，本文在分析InSAR監測技術優點的基礎上，結合礦山開采實際情況，分析了InSAR技術在礦山地面沉降監測的應用，為獲得更為可靠的形變數據奠定基礎。