摘 要：D-InSAR是近年來發(fā)展比較迅速的微波遙感技術(shù)，它具有全天候、全天時、覆蓋面廣、高度自動化和高精度監(jiān)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(shù)。詳細推導(dǎo)了合成孔徑雷達差分干涉測量( D-InSAR) 技術(shù)的優(yōu)勢，分析了D-InSAR技術(shù)在礦區(qū)沉陷監(jiān)測中的問題，并結(jié)合新技術(shù)對存在的問題提出了解決方案，從而使D-InSAR技術(shù)可以對煤礦區(qū)地面沉陷得到更有效的監(jiān)測。

　　關(guān)鍵詞：電子軟件職稱論文發(fā)表,核心期刊論文發(fā)表,開采沉陷,監(jiān)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(nóng)田造成不同程度的破壞，而且影響了礦區(qū)和周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。及時、準(zhǔn)確地監(jiān)測礦區(qū)地面沉陷及其發(fā)展過程是煤礦區(qū)面臨的重要任務(wù)。近年來，迅速發(fā)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(shù)可以高精度監(jiān)測地表的微小地形變化，是水準(zhǔn)測量和 GPS 測量的有效補充，將其應(yīng)用到礦山開采沉陷監(jiān)測當(dāng)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(xù)空間覆蓋的監(jiān)測。由此可見，應(yīng)用 D-InSAR 技術(shù)進行礦區(qū)地表形變監(jiān)測將是今后礦區(qū)地表形變監(jiān)測發(fā)展的趨勢。

　　一、D-InSAR 在煤礦區(qū)開采沉陷監(jiān)測中的優(yōu)勢

　　對于區(qū)域動態(tài)監(jiān)測而言,使用差分GPS 技術(shù)動態(tài)監(jiān)測地表點的位移則喪失其優(yōu)勢。以一景典型的SAR 圖像(對應(yīng)實地范圍100km ×100km, 設(shè)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(jīng)濟也是不現(xiàn)實的。與常規(guī)水準(zhǔn)測量和GPS 測量相比,遙感衛(wèi)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(yōu)勢(表1) 。

　　D-InSAR 利用遙感衛(wèi)星多時相的復(fù)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(qū)不同時期復(fù)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(nèi)與成像時期相對應(yīng)的沉降位移數(shù)據(jù),使得礦區(qū)及更大范圍的地表沉降數(shù)據(jù)的獲取十分迅速,以至可以接近準(zhǔn)實時動態(tài)監(jiān)測。

　　二、D-InSAR技術(shù)在礦區(qū)沉陷監(jiān)測應(yīng)用中的相關(guān)問題

　　D-InSAR技術(shù)在礦區(qū)地面沉陷監(jiān)測中表現(xiàn)出了獨特優(yōu)勢，但是新技術(shù)畢竟要不斷接受各種復(fù)雜實際問題的考驗。此外，由于航天 SAR傳感器及D-InSAR技術(shù)自身的缺陷和礦區(qū)地面沉陷災(zāi)害本身的特點，使得該技術(shù)在實際應(yīng)用過程中出現(xiàn)了一些典型的問題。

　　1.D-InSAR技術(shù)相位的失相關(guān)問題

　　相位的失相關(guān)問題是礦區(qū)測量過程中，經(jīng)常遇到的問題。因為，基線的長度、軌道發(fā)生偏移、軌道不平行、地面沉陷的速度過快以及在連續(xù)獲取數(shù)據(jù)期間發(fā)生了過多的地面沉陷等都可能導(dǎo)致失相關(guān)問題的發(fā)生;陰雨天氣、惡劣氣候、覆蓋在地表的植物農(nóng)田、季節(jié)性的變化等也會造成時間失相關(guān)。此外，大氣相位延遲也會嚴(yán)重影響差分干涉測量的精確度。

　　2.相位解纏時容易發(fā)生誤差

　　相位解纏誤差主要發(fā)生在相位梯度過大的邊坡陡坎區(qū)，這些區(qū)域相位的不連續(xù)性很強。從不同起始點經(jīng)過不同積分路徑進行相位累計得到的結(jié)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(qū)開采沉陷沒有雷達回波信號

　　在煤礦開采區(qū)，塌陷有時候來的比較迅猛，礦區(qū)地表情況發(fā)生巨大變化，甚至在幾天內(nèi)就有可能發(fā)生巨大塌陷，這個時間段內(nèi)雷達沒有錄取到一個重返周期的觀測數(shù)據(jù)，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(qū)域雷達信號沒有回波。

　　三、針對問題所采取的相應(yīng)解決方案

　　隨著D-InSAR技術(shù)在應(yīng)用中不斷的自我完善和其它數(shù)字處理方法的不斷進步，D-InSAR技術(shù)與其它先進的地球探測技術(shù)結(jié)合的更緊密，D-InSAR技術(shù)本身在礦區(qū)地面沉陷監(jiān)測中的不足不斷被克服。

　　1.PS技術(shù)的應(yīng)用能夠解決D-InSAR 技術(shù)的自身缺陷

　　PS技術(shù)是“永久散射體技術(shù)"(Permanent Scatterers Technique)的簡稱。PS技術(shù)在一定的適用條件下，可以避免時間上失相關(guān)因素帶來的影響。條件一、通常都需要20～30以上的雷達數(shù)據(jù)集，這是因為模擬大氣需要比較充足的數(shù)據(jù)，條件二、實際監(jiān)測的區(qū)域面積要在10km×10km以內(nèi)，因為，足夠大的面積內(nèi)地表形變類型更接近線性形變。PS技術(shù)的出現(xiàn)對D-InSAR 技術(shù)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(nèi)基本保持穩(wěn)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(shù)據(jù)可以很好的保持相干性，進而可以錄取煤礦開采區(qū)的地表形變和DEM等精確信息。

　　2.GPS技術(shù)在D-InSAR技術(shù)的應(yīng)用，提高了監(jiān)測精度

　　GPS的定位技術(shù)是近年來發(fā)展起來的精度較高的技術(shù)，據(jù)不完全統(tǒng)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(jiān)測方面有獨特優(yōu)勢，更重要的是采樣周期很短，能夠在數(shù)十秒鐘至幾個小時內(nèi)的時間間隔內(nèi)重復(fù)采集數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能夠減少D-InSAR 數(shù)據(jù)處理過程中的不確定因素，排除干擾因素，提高數(shù)據(jù)處理能力，提高礦山監(jiān)測的精準(zhǔn)度。此外，GPS在D-InSAR技術(shù)中的另一個應(yīng)用是：校正D-InSAR數(shù)據(jù)產(chǎn)品的誤差，去除大氣條件產(chǎn)生的相位失相關(guān)，因為它可以推算出對流層延遲和電離層延遲。

　　四、結(jié)束語

　　隨著開采的進行，礦區(qū)地面沉陷時有發(fā)生，為了城市和礦區(qū)的可持續(xù)性發(fā)展，必須采用新技術(shù)和新方法來監(jiān)測、分析和重新認識這一重要課題。D-InSAR差分干涉測量技術(shù)雖然由于D-InSAR技術(shù)及礦區(qū)沉陷自身的特點，在礦區(qū)沉陷監(jiān)測的應(yīng)用上尚存在一些技術(shù)難題，但是在應(yīng)用過程中已經(jīng)顯示出了礦區(qū)地面沉降高精度監(jiān)測上的不可比擬的技術(shù)優(yōu)勢。隨著全球衛(wèi)星雷達系統(tǒng)的進一步發(fā)展，可以預(yù)見，D-InSAR技術(shù)將在礦區(qū)沉陷監(jiān)測領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用，必定成為未來礦區(qū)沉陷監(jiān)測新技術(shù)的發(fā)展方向。

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