基于SBAS-InSAR方法的礦區(qū)沉降監(jiān)測與分析

姚向東，張金峰

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070;2.甘肅煤田地質(zhì)局綜合普查隊(duì)，甘肅 天水 741000）

目前，合成孔徑雷達(dá)差分干涉測量（Differetial Interferometric Synthetic Aperture Radar，D-InSAR）已廣泛地應(yīng)用于地表形變監(jiān)測，為礦區(qū)的沉陷監(jiān)測提供了新的技術(shù)手段。相比傳統(tǒng)測量而言，D-InSAR具有全天候、高精度和監(jiān)測面積廣等優(yōu)勢。但D-InSAR因時(shí)間上的去相關(guān)性和大氣干擾問題，無法滿足沉陷長時(shí)間連續(xù)監(jiān)測的需求。小基線子集合成孔徑雷達(dá)干涉測量（small base- line subset Interferometric Synthetic Aperture Radar，SBAS-InSAR）技術(shù)的出現(xiàn)正好彌補(bǔ)了D-InSAR的不足，SBAS-InSAR 方法可以減弱由于長基線引起的的幾何去相干影響，而且在形變計(jì)算中會(huì)使用較多的 SAR 圖像，能獲取大范圍毫米級(jí)精度的地表形變信息，同時(shí)又會(huì)增加時(shí)間上的采樣。近年來，國內(nèi)許多研究學(xué)者將D-InSAR技術(shù)用于地表沉降監(jiān)測，例如山鋒等使用SBAS-InSAR技術(shù)，監(jiān)測了大同盆地的地面沉降；劉志敏等利用SBAS技術(shù)對(duì)長治礦區(qū)2003~2010年地面沉降進(jìn)行了監(jiān)測。

以某煤礦區(qū)為例，選取2016~2017年兩年間的數(shù)據(jù)，采用SBAS-InSAR 方法對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)礦區(qū)的沉降位置及范圍進(jìn)行有效識(shí)別，為礦區(qū)的穩(wěn)定性分析及地質(zhì)環(huán)境調(diào)查提供地表形變數(shù)據(jù)。

1 數(shù)據(jù)及處理方法

1.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

為研究礦區(qū)的地表沉降，采用Sentinel-1A的影像數(shù)據(jù)，使用C波段，波長為5.6 cm。時(shí)間跨度為2016年1月24日~2017年12月20日。為消除地形相位造成的偏差，數(shù)據(jù)處理中還需采用美國國家航空航天局所提供SRTM 3數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)地面分辨率為90 m，平均精度為16 m。

1.2 數(shù)據(jù)處理方法

本次主要基于SBAS-InSAR 方法來處理某煤礦區(qū)地表沉降，其處理流程見下圖1。

圖1 數(shù)據(jù)處理流程

2 結(jié)果分析

2.1 沉降區(qū)域識(shí)別

文章基于獲取的2016年1月~2017年12月期間的Sentinel-1A影像序列，采用SBAS-InSAR方法，獲取了某煤礦區(qū)2016年1月~2017年12月間監(jiān)測區(qū)域主要的沉降區(qū)域，形變區(qū)域圖見圖2。依據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果獲得了年形變速率的最大值為-53.59 mm/y，該位置為圖3中的紅色五角星位置。年平均沉降速率超過 10 mm/y點(diǎn)見圖4，占監(jiān)測區(qū)域總數(shù)的7.02%；年平均沉降速率超過20 mm/y點(diǎn)見如圖5，占監(jiān)測區(qū)域總數(shù)的 4.13%。

圖2 形變區(qū)域圖（紅色矩形區(qū)）

圖3 年平均形變速率最大值點(diǎn)（紅色五角星）

圖4 年平均沉降速率超過10 mm/y的點(diǎn)

圖5 年平均沉降速率超過20 mm/y的點(diǎn)

2.2 沉降等值線圖

繪制等監(jiān)測區(qū)的沉降量等值線圖，如圖6；將沉降區(qū)沉降量圖放大，并標(biāo)注出各條等值線表示的沉降量，如圖7；沉降量過20 mm的范圍如圖8，面積為1.398 km2。

圖6 煤礦區(qū)沉降量等值線圖

圖7 煤礦區(qū)沉降量等值線圖

圖8 沉降量超過20 mm的區(qū)域范圍（黃色區(qū)域）

3 結(jié)束語

采用SBAS-InSAR方法對(duì)礦區(qū)的Sentinel1-A影像數(shù)據(jù)處理，結(jié)果表明該方法能夠提高監(jiān)測精度、滿足礦區(qū)的地表形變監(jiān)測的需求，可以有效地識(shí)別出主要的沉降位置及范圍，監(jiān)測結(jié)果可以滿足礦區(qū)的穩(wěn)定性分析及為安全生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支持。