淺談衛星熱紅外遙感在地面沉降監測與分析中的應用

摘 要 針對當前礦山資源開采中常常發生由于地表作業強度大導致采空區塌陷問題，開展衛星熱紅外遙感在地面沉降監測與分析中的應用研究。通過利用衛星熱紅外遙感成像、獲取傳輸信號、形成干涉文圖等操作，實現對地面的變形監測。通過實驗證明，該監測方法與傳統監測方法相比可有效提高監測結果的精度，為地表作業提供數據支撐，防止出現采空區塌陷現象，保證作業人員生命財產安全。

關鍵詞 衛星熱紅外遙感;地面沉降;監測;分析

引言

地面沉降是一種由于地殼運動、地震以及礦產資源開發等引起的地面沉降自然地質災害。根據地層結構進行細分，可分為構造層地面沉降、采空層地面沉降、抽水層地面沉降，三種類型。當前，地面沉降已經逐漸發展成為一種普遍的地質災害[1]。一旦發生地面沉降將會對周圍建筑及生產設施造成嚴重的破壞，對于建設行業以及礦產資源的開發帶來不利影響，更嚴重的則會造成海水倒灌，因此針對地面沉降的監測具有十分重要的價值意義。傳統地面沉降監測的方法包括水準測量、全站儀等，但其復雜程度較大，并且監測成本較高，無法滿足現代地面沉降監測需要[2]。衛星熱紅外遙感技術是一門綜合性科學技術，涉及空間、光學、電子等多個學科和領域的技術知識。衛星熱紅外遙感以人造衛星作為平臺，根據平臺當中衛星與地球之間的對應位置，通過攝影、掃描等操作將遙感信息傳輸并處理，從而識別地面物質的運動狀態以及各項性質[3]。因此，本文將開展衛星熱紅外遙感在地面沉降監測與分析中的應用研究。

1基于衛星熱紅外遙感的地面沉降監測方法設計

首先，利用衛星熱紅外遙感設備獲取被監測地面的地形像對干涉圖和形變像對干涉圖通過處理，獲取其相干系數圖以及干涉相位圖[4]。圖1為衛星熱紅外遙感成像幾何示意圖。

圖1中，M1和M2分別表示為衛星在地面未發生沉降變形時獲取到的圖像，則由O點返回的信號可用如下公式表示：

公式（1）中，T1表示為由O點返回到M1時的信號;N1表示為信號的傳輸距離。根據公式（1）推導出從O點沿N2和N3傳輸路徑返回的信號T2（N2）和T3（N3）。為獲取的遙感影像中的地面沉降信息，還需要將被監測區域內的地表信息消除，通過干涉相乘形成干涉文圖，保證在干涉相位當中只包含地表沉降變形信息[5]。再根據傳輸的遙感信號，得到最終被監測區域地面形變相位，實現對地面沉降的實時監測。

2實驗論證分析

選擇某地區水土保持建設區域的地面作為本文實驗的監測對象，在該區域地面上劃分3個監測點，分別利用本文監測方法與傳統監測方法對3個監測點分別進行監測，并將地面的沉降情況進行記錄。為保證實驗結果的公正性，數據來源均為ERS衛星數據信息，從遙感影像上提取相同的圖像進行監測。表1為兩種監測方法得到的區域地面沉降值與實際沉降值對比結果表。

由表1中數據可以得出，本文監測方法沉降值與實際沉降值相差±0.01cm，符合《地表沉降外業監測規范》的高精度要求，而傳統監測方法沉降值與實際相差±0.69 cm，與實際偏差較大。因此，通過實驗證明，本文提出的基于衛星熱紅外遙感的地面沉降監測方法具有更高的監測精度，在實際地面沉降監測作業中，利用本文監測方法可以有效提高監測質量，為后續建設施工提供精確數據支撐，保證作業人員的人身安全。

3結束語

通過本文設計的基于衛星熱紅外遙感的地面沉降監測方法，將其應用于實際可以實現對地面沉降的高精度監測，有助于在建設施工中及時發現地質變化情況。本文監測方法雖然可以監測地面的變形，但受到質量以及技術水平的制約，無法獲取到連續性的沉降結果，因此，在后續研究還將對這一方面問題進行深入研究。

參考文獻

[1] 袁旭，孟慶林. 基于低空熱紅外遙感的區域地表溫度分布研究[J]. 建筑節能，2019，47（12）：145-151，182.

[2] 江利明，孫奇石，蔣亞楠，等. 基于Sentinel-1雷達影像的成都市地面沉降InSAR監測分析[J]. 大地測量與地球動力學，2020，40（2）：198-203.

[3] 朱煜峰，江利明，孫奇石，等. 基于Sentinel-1A的南昌市時間序列InSAR地面沉降監測[J]. 大地測量與地球動力學，2020，40（3）：270-275.

[4] 潘家寶，戴吾蛟. 時空Kalman濾波及其在地面沉降監測數據處理中的應用[J]. 工程勘察，2019，47（8）：67-73.

[5] 熊佳誠，聶運菊，李永飛，等. 利用雙極化Sentinel-1數據監測城市地面沉降——以上海市為例[J]. 測繪通報，2019，57（11）：98-102，129.

作者簡介

梁樂民（1988-），男，廣東廣州人;學歷：碩士，職稱：審查員，現就職單位：國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，研究方向：光學。