摘 要：D-InSAR是近年來發展比較迅速的微波遙感技術，它具有全天候、全天時、覆蓋面廣、高度自動化和高精度監測地表變形的能力，已成為具有很大潛力的空間對地觀測新技術。詳細推導了合成孔徑雷達差分干涉測量( D-InSAR) 技術的優勢，分析了D-InSAR技術在礦區沉陷監測中的問題，并結合新技術對存在的問題提出了解決方案，從而使D-InSAR技術可以對煤礦區地面沉陷得到更有效的監測。

　　關鍵詞：電子軟件職稱論文發表,核心期刊論文發表,開采沉陷,監測,D-InSAR

　　引言：我國作為一個煤炭資源開采大國，煤炭資源開采造成大面積的地表形變，不僅對地表的建筑物、道路、農田造成不同程度的破壞，而且影響了礦區和周邊地區的生態環境。及時、準確地監測礦區地面沉陷及其發展過程是煤礦區面臨的重要任務。近年來，迅速發展起來的合成孔徑雷達差分干涉測量(D-InSAR，Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar)技術可以高精度監測地表的微小地形變化，是水準測量和 GPS 測量的有效補充，將其應用到礦山開采沉陷監測當中，可以對地下煤炭開采引起的地表變形進行自動化、全天候、連續空間覆蓋的監測。由此可見，應用 D-InSAR 技術進行礦區地表形變監測將是今后礦區地表形變監測發展的趨勢。

　　一、D-InSAR 在煤礦區開采沉陷監測中的優勢

　　對于區域動態監測而言,使用差分GPS 技術動態監測地表點的位移則喪失其優勢。以一景典型的SAR 圖像(對應實地范圍100km ×100km, 設平均分辨率為20m ×20m ) 為例,如果全部使用GPS 觀測,大約需要215 ×107 臺接收機,這是極不經濟也是不現實的。與常規水準測量和GPS 測量相比,遙感衛星干涉測量在獲取地面沉降信息方面,具有巨大的信息量優勢(表1) 。

　　D-InSAR 利用遙感衛星多時相的復雷達圖像相干信息進行地表垂直形變量的提取,其精度達到了厘米級甚至毫米級。SAR 能穿透云層且沒有晝夜之分(全天候) ,一次能覆蓋幾百至上千平方千米范圍,利用該地區不同時期復雷達圖像中任意時間間隔的2 張圖像進行干涉處理,可以獲得整個覆蓋范圍內與成像時期相對應的沉降位移數據,使得礦區及更大范圍的地表沉降數據的獲取十分迅速,以至可以接近準實時動態監測。

　　二、D-InSAR技術在礦區沉陷監測應用中的相關問題

　　D-InSAR技術在礦區地面沉陷監測中表現出了獨特優勢，但是新技術畢竟要不斷接受各種復雜實際問題的考驗。此外，由于航天 SAR傳感器及D-InSAR技術自身的缺陷和礦區地面沉陷災害本身的特點，使得該技術在實際應用過程中出現了一些典型的問題。

　　1.D-InSAR技術相位的失相關問題

　　相位的失相關問題是礦區測量過程中，經常遇到的問題。因為，基線的長度、軌道發生偏移、軌道不平行、地面沉陷的速度過快以及在連續獲取數據期間發生了過多的地面沉陷等都可能導致失相關問題的發生;陰雨天氣、惡劣氣候、覆蓋在地表的植物農田、季節性的變化等也會造成時間失相關。此外，大氣相位延遲也會嚴重影響差分干涉測量的精確度。

　　2.相位解纏時容易發生誤差

　　相位解纏誤差主要發生在相位梯度過大的邊坡陡坎區，這些區域相位的不連續性很強。從不同起始點經過不同積分路徑進行相位累計得到的結果可能不同，這就直接降低了解纏的計算精度，甚至存在錯誤。

　　3.煤礦區開采沉陷沒有雷達回波信號

　　在煤礦開采區，塌陷有時候來的比較迅猛，礦區地表情況發生巨大變化，甚至在幾天內就有可能發生巨大塌陷，這個時間段內雷達沒有錄取到一個重返周期的觀測數據，在雷達影像上會引起極大的失相干。此外，在我國許多煤礦塌陷地、塌陷坑有大面積的積水存在，也容易造成這些區域雷達信號沒有回波。

　　三、針對問題所采取的相應解決方案

　　隨著D-InSAR技術在應用中不斷的自我完善和其它數字處理方法的不斷進步，D-InSAR技術與其它先進的地球探測技術結合的更緊密，D-InSAR技術本身在礦區地面沉陷監測中的不足不斷被克服。

　　1.PS技術的應用能夠解決D-InSAR 技術的自身缺陷

　　PS技術是“永久散射體技術"(Permanent Scatterers Technique)的簡稱。PS技術在一定的適用條件下，可以避免時間上失相關因素帶來的影響。條件一、通常都需要20～30以上的雷達數據集，這是因為模擬大氣需要比較充足的數據，條件二、實際監測的區域面積要在10km×10km以內，因為，足夠大的面積內地表形變類型更接近線性形變。PS技術的出現對D-InSAR 技術有一個很好的補充，它是在從一組時間序列的SAR圖像中選取那些雷達反射強度及相位信號在長時間內基本保持穩定的能保持高相干性的點作為PS點，這些點基本上不會隨時間的推移而變化，數據可以很好的保持相干性，進而可以錄取煤礦開采區的地表形變和DEM等精確信息。

　　2.GPS技術在D-InSAR技術的應用，提高了監測精度

　　GPS的定位技術是近年來發展起來的精度較高的技術，據不完全統計，它能夠達到10-8甚至更高的精度，在高精度的定位和變形監測方面有獨特優勢，更重要的是采樣周期很短，能夠在數十秒鐘至幾個小時內的時間間隔內重復采集數據，這些數據能夠減少D-InSAR 數據處理過程中的不確定因素，排除干擾因素，提高數據處理能力，提高礦山監測的精準度。此外，GPS在D-InSAR技術中的另一個應用是：校正D-InSAR數據產品的誤差，去除大氣條件產生的相位失相關，因為它可以推算出對流層延遲和電離層延遲。

　　四、結束語

　　隨著開采的進行，礦區地面沉陷時有發生，為了城市和礦區的可持續性發展，必須采用新技術和新方法來監測、分析和重新認識這一重要課題。D-InSAR差分干涉測量技術雖然由于D-InSAR技術及礦區沉陷自身的特點，在礦區沉陷監測的應用上尚存在一些技術難題，但是在應用過程中已經顯示出了礦區地面沉降高精度監測上的不可比擬的技術優勢。隨著全球衛星雷達系統的進一步發展，可以預見，D-InSAR技術將在礦區沉陷監測領域得到更廣泛的應用，必定成為未來礦區沉陷監測新技術的發展方向。

　　參考文獻：

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