基於DInSAR技術的礦區發展的研究綜述論文

0 引言

目前，對礦區沉降監測的主要手段有傳統的水準、GPS、EDM測量等。然而這些監測方法都需要耗費大量的人力，物力和財力，不適合用於對礦區進行快速、準確、實時的監測。合成孔徑干涉雷達InSAR）是近年來發展起來的一種先進的空間對地觀測技術。其方便快捷、覆蓋範圍廣、空間解析度高等特點，使InSAR技術迅速成為國際研究的熱點。

近年來，InSAR技術在監測礦區沉陷和地質災害方面應用已取得了一定的成果，Canec等首先用D-lnSAR監測了法國Gardanne附近煤礦的沉降。基於前人研究的基礎上，本文以甘肅平涼礦區為研究物件，採用D-InSAR技術對地表開採沉陷進行監測研究，為更好的瞭解礦區地表形變特徵，同時也將進一步拓展和完善D-InSAR技術在礦山領域的實際應用。

1 資料與處理方法

D-InSAR技術是通過對兩幅干涉條紋圖進行差分來消除地形相位的處理過程。根據去除地形相位採用的資料和處理方法的不同，D-InsAR的方法可分為：兩軌法、三軌法和四軌法[8]。文中採用兩軌法進行處理。

本文以甘肅華亭煤礦為例，開展利用D-InSAR技術提取煤礦沉陷形變的量級和範圍的研究。華亭煤礦位於甘肅省平涼市，從地質構造角度，該區域位於六盤山斷裂帶的中段東側。考慮到研究區域地表植被覆蓋茂密，本文選取了日本ALOS PALSAR衛星影像資料，波長23.6cm，對植被有較好的穿透能力，影像獲取時間為2007年7月至2010年7月，共11景升軌資料。

本文采用瑞士GAMMA公司開發的GAMMA雷達干涉處理軟體進行SAR影像資料處理，具體流程如下[9]：

①獲取干涉圖：確定主、輔影像，經配準、干涉、基線估計等步驟後得到干涉相點陣圖；

②文中的DEM採用美國NASA公開的SRTM DEM來模擬地形相位，空間解析度為90m（3弧秒）。將SRTM DEM與主影像進行配準，轉換到雷達座標系下，模擬地形相位。

③獲取形變數：從步驟①中獲取的干涉圖去除地形相位，得到差分干涉圖，經相位解纏，地理編碼，獲得形變資訊。

資料處理時，為了提高幹涉圖的信噪比，對干涉圖進行了兩次基於頻譜的自適應濾波，濾波視窗分別為32×32、64×64，多視因子給定4：9，即每個像元約為60×60m2。通過自由組合干涉，共挑選出7個相干性較好的干涉圖，各干涉圖的空間垂直基線和時間間隔如圖1所示，顯然，大部分干涉圖垂直基線較短，小於1km，較大程度地削弱了外部DEM誤差對最終形變結果的影響。

2 結果分析

華亭煤礦是上個世紀甘肅省發現並開發規模最大的煤田，目前開採量依舊較大，通過對7幅干涉圖（圖2）的對比分析可以得到如下幾點結論和認識：

①L波段具有較強的植被穿透能力，干涉圖相干性較好，僅在煤礦沉陷形變梯度較大的地方失相干，其他區域全部相干，顯示出L波段雷達影像在煤礦沉陷監測中應用的潛力和優勢；

②煤礦沉陷的時間應發生在2008年5月26日到2009年7月14日之間。首先，圖2b、c、d均選取的'是非公共影像干涉圖，表明干涉圖中的條紋訊號不是大氣相位延遲，也不是外部DEM誤差引起的相位，即2007年至2009年煤礦發生了沉陷，引起了地表區域性範圍變形；其次，圖2a、e、g中並未顯示出明顯的形變條紋，由此可以斷定煤礦沉陷發生的時間介於2008年5月26日到2009年7月14日之間；

③從圖2b、c、d中可以看出，煤礦沉陷引起的地表最大變形約8cm；

④通過圖2b、c、d，可以圈定煤礦沉陷的形狀和範圍。沉陷區域近似南北向的矩形，其中南北長約3km，東西寬約2km。

一般煤礦沉降可以簡單的分為三個階段：緩慢沉降階段、快速沉降階段和沉降減緩並且消失階段。圖2a、e應屬緩慢沉降階段，圖2b、c、d、f應為快速沉降階段，圖g為沉降消失階段。通過監測沉降速率緩慢階段的出現並採取積極措施能夠避免危害性較大的快速沉降階段的出現，因此監測地面沉降對保證礦區安全生產和及時控制並阻止地面沉降的發生非常有用。

3 結論

本文采用兩軌法D-InSAR技術獲取了甘肅平涼華亭煤礦在2007-2010年的地表形變場，結果表明，華亭煤礦沉陷在2008年5月26日到2009年7月14日之間十分明顯，最大形變達到8cm，沉陷範圍為近似南北向矩形，南北長約3km，東西寬約2km。最後通過區域小震活動分佈情況證實了本文InSAR結果的可靠性。表明D-InSAR技術監測到的沉陷資訊可以較為準確的反映礦區實際沉陷狀況，顯示出了巨大的潛力和優勢，可以作為一種獲取大範圍煤礦區的地表沉陷的有效方法，為研究我國煤礦區的沉陷提供了有效的方法。

參考文獻：

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