合成孔徑雷達(dá)差分干涉測量在礦山開采區(qū)變形監(jiān)測中的應(yīng)用

李秀江

（遼寧省地礦測繪院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110121）

當(dāng)前我國能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟快速發(fā)展可以說離不開礦產(chǎn)資源的全面開發(fā)，礦產(chǎn)資源開發(fā)是實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)快速發(fā)展的一種戰(zhàn)略保障。礦產(chǎn)資源的開采帶給人們經(jīng)濟上的發(fā)展和物質(zhì)上的繁榮，但在經(jīng)濟有所發(fā)展的同時也對我們賴以生存的生態(tài)環(huán)境帶來了巨大傷害，很多礦山在開采時會造成水土資源的嚴(yán)重破壞，因為地下被直接挖空而產(chǎn)生地表塌陷、礦山變形的現(xiàn)象，嚴(yán)重時甚至?xí){到礦山開采人員的生命安全。礦山開采區(qū)的變形會受到不同地質(zhì)條件和不同環(huán)境要素的影響，同時會對生態(tài)環(huán)境方面造成很大危害，包括：對采礦區(qū)周邊環(huán)境產(chǎn)生污染；對采礦區(qū)的地表產(chǎn)生毀損；對地面各種線路產(chǎn)生破壞；同時也會對周邊居民的各種生活設(shè)施產(chǎn)生一定程度的破壞[1]。因此，針對礦山開采區(qū)變形所產(chǎn)生的嚴(yán)重危害，迫切需要我們采用科學(xué)手段對礦山開采區(qū)變形進行有效監(jiān)控。

1 在礦山開采地表變形監(jiān)測中的應(yīng)用

礦山開采區(qū)變形監(jiān)測具有監(jiān)測范圍廣泛和地形條件復(fù)雜等特點。傳統(tǒng)的礦山開采區(qū)變形監(jiān)測方法包括GPS測量、三角高程測量和水準(zhǔn)測量等等，這些方法效率不高，時效性低下，需要監(jiān)測人員現(xiàn)場進入監(jiān)測區(qū)域去自行設(shè)置觀測點，消耗很大而且費時費力。針對傳統(tǒng)礦山開采區(qū)變形監(jiān)測手段的各種缺陷，許多學(xué)者對其進行不斷探索，對礦區(qū)開采區(qū)的變形采用精度高、范圍大且可以進行實時監(jiān)測的高科技測量方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)合成孔徑雷達(dá)差分干涉測量方法可以克服傳統(tǒng)監(jiān)測方法的各種不足，極大提高礦山開采區(qū)變形監(jiān)測效率[2]。合成孔徑雷達(dá)差分干涉測量技術(shù)是利用對同一觀測點的具有一定相關(guān)性與視角差的多景SAR影像數(shù)據(jù)來進行處理，從而獲得精度很高的微小形變信息及三維地形信息。合成孔徑雷達(dá)差分干涉測量具有重復(fù)軌道干涉和雙天線單航過兩種測量模式，工作流程如圖1。

圖1 合成孔徑雷達(dá)差分干涉測量兩種模式的工作流程圖

合成孔徑雷達(dá)差分干涉測量技術(shù)是合成孔徑雷達(dá)干涉測量技術(shù)的一種應(yīng)用拓展，在礦山開采區(qū)地表變形監(jiān)測中的應(yīng)用主要是利用雷達(dá)探測來跨越形變期并進行多次重復(fù)觀測，對獲取的復(fù)圖像進行干涉處理、圖像配準(zhǔn)與二次差分處理，從而獲取包含礦山開采區(qū)地表形變信息如大氣延遲、地形、噪聲和參考面等的差分相位信息，再運用外部地形數(shù)據(jù)和多余觀測值從礦山開采區(qū)干涉相位中除去地形因素施加的影響而得到表示礦山開采區(qū)地表形變的相位，進而定量反演礦山開采區(qū)地表形變。合成孔徑雷達(dá)差分干涉測量技術(shù)主要分為三種方法包括二軌法、三軌法與四軌法，其中該技術(shù)的核心是干涉相位數(shù)據(jù)的獲取以及處理。利用合成孔徑雷達(dá)差分干涉測量技術(shù)可以對礦山開采地表變形進行監(jiān)測，該技術(shù)可以實時獲取礦山開采區(qū)的地表數(shù)據(jù)，對礦山開采區(qū)的地表形變進行實時數(shù)據(jù)分析與形變預(yù)測。

2 在礦山開采沉陷變形監(jiān)測中的應(yīng)用

合成孔徑雷達(dá)差分干涉測量技術(shù)結(jié)合了干涉測量技術(shù)與合成孔徑雷達(dá)成像原理，利用軌道之間的幾何關(guān)系、空間姿態(tài)參數(shù)與傳感器的系統(tǒng)參數(shù)來精確測量測量點中某一點的微小變化與三維空間位置變化。合成孔徑雷達(dá)差分干涉測量技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢十分明顯，因此近年來該技術(shù)得到了迅速發(fā)展。合成孔徑雷達(dá)差分干涉測量技術(shù)不僅可以實現(xiàn)礦山開采區(qū)地表變形的監(jiān)測，還可以實現(xiàn)礦山開采區(qū)沉陷變形的大面積監(jiān)測，其精度很高，甚至可達(dá)毫米級。

合成孔徑雷達(dá)差分干涉測量技術(shù)對礦山開采區(qū)的沉陷變形監(jiān)測首先要積累覆蓋同一礦山的多景SAR影像,其中實現(xiàn)礦山開采區(qū)數(shù)據(jù)監(jiān)測的影像主要來自衛(wèi)星影像和雷達(dá)影像，將這些SAR影像形成以時間序列排序的干涉影像對，再從中提取出不受大氣變化和空間、時間基線失相關(guān)影響的數(shù)據(jù)穩(wěn)定點目標(biāo)，通過對穩(wěn)定點目標(biāo)上的地形相位進行分離來達(dá)到監(jiān)測礦山開采區(qū)沉陷變形的目的。合成孔徑雷達(dá)差分干涉測量技術(shù)應(yīng)用于礦山開采區(qū)沉陷變形監(jiān)測的主要步驟可以分為沉陷形變估計、沉陷差分干涉圖的生成與沉陷相干點的目標(biāo)識別三部分。首先選取采集影像，對研究區(qū)域進行裁剪，依次進行配準(zhǔn)并采取干涉處理法，去除地表相位產(chǎn)生的影響，生成沉陷差分干涉的相位圖。然后對PS點進行確定，通過對時間和空間導(dǎo)致的相關(guān)誤差進行排除，確保PS候選點擁有相位穩(wěn)定性，并在最終的PS點確定后實行相位解纏。最后在空間域與時間域上分別進行低通濾波處理和高通濾波處理，最終獲得該礦山開采區(qū)的沉陷變形相位從而對該礦山開采區(qū)的沉陷變形進行實時數(shù)據(jù)分析和沉陷走向估測。

3 結(jié)語

礦山開采區(qū)變形監(jiān)測是合成孔徑雷達(dá)差分干涉測量的重要應(yīng)用領(lǐng)域。合成孔徑雷達(dá)差分干涉測量技術(shù)可以覆蓋約幾千平方公里的范圍，而且具備全天候與時效性等優(yōu)點，甚至可以穿云透霧，該技術(shù)自面世以來就已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點。合成孔徑雷達(dá)差分干涉測量技術(shù)在礦山開采區(qū)變形監(jiān)測中的應(yīng)用包括對礦山開采區(qū)地表變形監(jiān)測中的應(yīng)用與礦山開采區(qū)沉陷變形監(jiān)測中的應(yīng)用，隨著該技術(shù)的發(fā)展，其在礦山開采區(qū)的應(yīng)用越來越廣泛，擁有著十分廣闊的發(fā)展前景。