聯(lián)合SAR影像相位和強度信息的礦區(qū)形變監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)研究

王劉宇

江蘇省水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210017

SAR技術(shù)已在礦區(qū)形變監(jiān)測方面得到了廣泛的應(yīng)用。InSAR技術(shù)在礦區(qū)小變形監(jiān)測方面具有較高的精度，但無法獲取礦區(qū)大量級形變。子帶干涉技術(shù)能降低解纏難度進而提高測量精度。偏移量追蹤方法可用于提取礦區(qū)大形變，但其監(jiān)測精度相對較低。如何融合各方法的優(yōu)勢，獲取礦區(qū)高精度大梯度形變信息是目前面臨的科學(xué)問題。為此，論文重點研究了子帶干涉技術(shù)在礦區(qū)形變監(jiān)測中的適宜性、偏移量追蹤方法在礦區(qū)形變監(jiān)測中互相關(guān)窗口的選取方法及InSAR技術(shù)、子帶干涉技術(shù)、偏移量追蹤方法和概率積分模型融合的方法，通過與實測對比證明了方法的可靠性。主要工作及成果如下。

(1) 子帶干涉技術(shù)的監(jiān)測精度與全頻帶寬、子帶帶寬參數(shù)和形變量級有關(guān)；存在監(jiān)測不同量級形變的最優(yōu)全頻帶寬和子帶帶寬，因此，應(yīng)根據(jù)影像帶寬和下沉量級來選取合適的子帶帶寬以達到最優(yōu)監(jiān)測的目的。提出的基于概率積分模型的子帶干涉技術(shù)去噪方法能夠有效地去除子帶干涉相位中的噪聲。利用該方法提取了陜西大柳塔礦52304工作面的地表形變信息，與常規(guī)D-InSAR和GPS實測數(shù)據(jù)進行對比分析發(fā)現(xiàn)：在小形變區(qū)域，常規(guī)D-InSAR比子帶干涉技術(shù)具有更高的精度；在采空區(qū)邊緣形變梯度大區(qū)域，常規(guī)D-InSAR已經(jīng)完全無法監(jiān)測正確的形變信息，而該方法能較好地獲取地表形變信息，其標準差為0.108 m。

(2) 系統(tǒng)研究了互相關(guān)窗口對偏移量追蹤方法提取不同形變精度的影響。結(jié)果表明：小的互相關(guān)窗口可以保證形變結(jié)果的準確性，大的互相關(guān)窗口可以較好地抑制噪聲，在形變梯度較大的區(qū)域，大的互相關(guān)窗口則會造成形變壓縮。因此，當主輔影像間存在噪聲時，對于非形變區(qū)域和形變梯度較小的區(qū)域，選取較大的互相關(guān)窗口來抑制噪聲對形變結(jié)果的影響；對于形變梯度較大的區(qū)域，選取較小的互相關(guān)窗口來保證形變信息的準確性。為此，提出了一種基于形變梯度的自適應(yīng)互相關(guān)窗口的偏移量追蹤方法。使用該方法對兩景間隔143 d的TSX影像進行了形變提取，試驗結(jié)果證明了該方法的可靠性和有效性。

(3) 針對InSAR技術(shù)和偏移量追蹤方法受礦區(qū)植被影響很難獲取礦區(qū)完整形變場的問題，提出了基于概率積分模型的融合InSAR技術(shù)和偏移量追蹤方法的IOP方法來獲取礦區(qū)高精度的完整形變場。IOP方法利用InSAR技術(shù)和偏移量追蹤方法獲得的部分離散點的形變信息，通過概率積分模型求取參數(shù)和計算植被區(qū)未獲取的形變信息，填補了InSAR技術(shù)和偏移量追蹤方法未獲取的形變信息，從而可以獲取植被區(qū)完整的形變場。通過與GPS測量數(shù)據(jù)比較，IOP方法走向和傾向的監(jiān)測精度分別為0.122、0.103 m，其監(jiān)測精度優(yōu)于InSAR技術(shù)和偏移量追蹤方法。

(4) 針對InSAR(小梯度)、子帶干涉(中梯度)、偏移量追蹤(大梯度)監(jiān)測不同變形的適應(yīng)性和精度，提出了基于概率積分模型的融合InSAR技術(shù)、子帶干涉技術(shù)和偏移量追蹤方法獲取高精度的礦區(qū)完整形變場的ISOP方法。該方法采用InSAR獲取盆地邊緣小形變信息、子帶干涉獲取采空區(qū)邊緣中等形變信息及偏移量追蹤獲取盆地中心大梯度形變信息，采用概率積分模型去噪、融合3種方法結(jié)果及反演，從而獲取礦區(qū)高精度完整形變信息場。通過與GPS測量數(shù)據(jù)進行對比，ISOP方法的走向和傾向的均方根誤差分別為0.161、0.105 m。