合成孔径雷达差分干涉测量在矿山开采区变形监测中的应用

李秀江

（辽宁省地矿测绘院有限责任公司，辽宁 沈阳 110121）

当前我国能够实现经济快速发展可以说离不开矿产资源的全面开发，矿产资源开发是实现经济可持续快速发展的一种战略保障。矿产资源的开采带给人们经济上的发展和物质上的繁荣，但在经济有所发展的同时也对我们赖以生存的生态环境带来了巨大伤害，很多矿山在开采时会造成水土资源的严重破坏，因为地下被直接挖空而产生地表塌陷、矿山变形的现象，严重时甚至会威胁到矿山开采人员的生命安全。矿山开采区的变形会受到不同地质条件和不同环境要素的影响，同时会对生态环境方面造成很大危害，包括：对采矿区周边环境产生污染；对采矿区的地表产生毁损；对地面各种线路产生破坏；同时也会对周边居民的各种生活设施产生一定程度的破坏[1]。因此，针对矿山开采区变形所产生的严重危害，迫切需要我们采用科学手段对矿山开采区变形进行有效监控。

1 在矿山开采地表变形监测中的应用

矿山开采区变形监测具有监测范围广泛和地形条件复杂等特点。传统的矿山开采区变形监测方法包括GPS测量、三角高程测量和水准测量等等，这些方法效率不高，时效性低下，需要监测人员现场进入监测区域去自行设置观测点，消耗很大而且费时费力。针对传统矿山开采区变形监测手段的各种缺陷，许多学者对其进行不断探索，对矿区开采区的变形采用精度高、范围大且可以进行实时监测的高科技测量方法，结果发现合成孔径雷达差分干涉测量方法可以克服传统监测方法的各种不足，极大提高矿山开采区变形监测效率[2]。合成孔径雷达差分干涉测量技术是利用对同一观测点的具有一定相关性与视角差的多景SAR影像数据来进行处理，从而获得精度很高的微小形变信息及三维地形信息。合成孔径雷达差分干涉测量具有重复轨道干涉和双天线单航过两种测量模式，工作流程如图1。

图1 合成孔径雷达差分干涉测量两种模式的工作流程图

合成孔径雷达差分干涉测量技术是合成孔径雷达干涉测量技术的一种应用拓展，在矿山开采区地表变形监测中的应用主要是利用雷达探测来跨越形变期并进行多次重复观测，对获取的复图像进行干涉处理、图像配准与二次差分处理，从而获取包含矿山开采区地表形变信息如大气延迟、地形、噪声和参考面等的差分相位信息，再运用外部地形数据和多余观测值从矿山开采区干涉相位中除去地形因素施加的影响而得到表示矿山开采区地表形变的相位，进而定量反演矿山开采区地表形变。合成孔径雷达差分干涉测量技术主要分为三种方法包括二轨法、三轨法与四轨法，其中该技术的核心是干涉相位数据的获取以及处理。利用合成孔径雷达差分干涉测量技术可以对矿山开采地表变形进行监测，该技术可以实时获取矿山开采区的地表数据，对矿山开采区的地表形变进行实时数据分析与形变预测。

2 在矿山开采沉陷变形监测中的应用

合成孔径雷达差分干涉测量技术结合了干涉测量技术与合成孔径雷达成像原理，利用轨道之间的几何关系、空间姿态参数与传感器的系统参数来精确测量测量点中某一点的微小变化与三维空间位置变化。合成孔径雷达差分干涉测量技术的技术优势十分明显，因此近年来该技术得到了迅速发展。合成孔径雷达差分干涉测量技术不仅可以实现矿山开采区地表变形的监测，还可以实现矿山开采区沉陷变形的大面积监测，其精度很高，甚至可达毫米级。

合成孔径雷达差分干涉测量技术对矿山开采区的沉陷变形监测首先要积累覆盖同一矿山的多景SAR影像,其中实现矿山开采区数据监测的影像主要来自卫星影像和雷达影像，将这些SAR影像形成以时间序列排序的干涉影像对，再从中提取出不受大气变化和空间、时间基线失相关影响的数据稳定点目标，通过对稳定点目标上的地形相位进行分离来达到监测矿山开采区沉陷变形的目的。合成孔径雷达差分干涉测量技术应用于矿山开采区沉陷变形监测的主要步骤可以分为沉陷形变估计、沉陷差分干涉图的生成与沉陷相干点的目标识别三部分。首先选取采集影像，对研究区域进行裁剪，依次进行配准并采取干涉处理法，去除地表相位产生的影响，生成沉陷差分干涉的相位图。然后对PS点进行确定，通过对时间和空间导致的相关误差进行排除，确保PS候选点拥有相位稳定性，并在最终的PS点确定后实行相位解缠。最后在空间域与时间域上分别进行低通滤波处理和高通滤波处理，最终获得该矿山开采区的沉陷变形相位从而对该矿山开采区的沉陷变形进行实时数据分析和沉陷走向估测。

3 结语

矿山开采区变形监测是合成孔径雷达差分干涉测量的重要应用领域。合成孔径雷达差分干涉测量技术可以覆盖约几千平方公里的范围，而且具备全天候与时效性等优点，甚至可以穿云透雾，该技术自面世以来就已经成为国内外研究的热点。合成孔径雷达差分干涉测量技术在矿山开采区变形监测中的应用包括对矿山开采区地表变形监测中的应用与矿山开采区沉陷变形监测中的应用，随着该技术的发展，其在矿山开采区的应用越来越广泛，拥有着十分广阔的发展前景。