D-InSAR技术在矿区沉陷监测中存在的问题及对策分析

D-InSAR技术在矿区沉陷监测中存在的问题及对策分析[摘要]D-InSAR技术是近年来发展起来的一项新遥感观测技术。

矿区监测应
用过程中，D-InSAR表现出了很多优点，如：时时监测、精度高、自动化程度高等。

本文结合本人实际工作经验，首先简要介绍了D-InSAR测量技术的基本原理，其次对D-InSAR技术在矿区沉陷监测应用中的一些典型问题进行了总结，最后针对问题给出了相应的解决方案，从而使D-InSAR技术在检测煤矿区地面沉陷应用过程中得到不断完善和发展。

【关键词】D-InSAR技术；矿区沉陷；开采沉陷；监测与测量
前言
经济社会的发展速度日益加快，人民生活水平的日渐提高，对煤炭能源的需求量日益加大，这就要求我国对煤炭资源的开采规模要进一步扩大，开采的深度和范围也将进一步拓展,开采的区域将逐渐向城镇、村庄、交通线路及重要水系之下延伸，最终势必会带来更多、更大、更复杂的地面沉陷问题，及时、准确地监测矿区地面沉陷已经成为煤矿区面临的重要任务。

D-InSAR技术的英文全称是Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar，我们通常称为合成孔径雷达差分干涉测量技术。

该项技术在矿山监测实践应用中已经证明，可以观测到矿区地表的细微变化，填补了以往水准测量和GPS测量技术的空白。

该技术能够对矿山开采沉陷情况起到很好的监测作用。

对由于煤炭开采而造成的地表进行连续监测和记录，有利于矿区生态建设，有利于追踪矿区建筑物、道路、农田遭到破坏的程度，有利于矿区的稳定。

1、D-InSAR测量技术的基本原理
D-InSAR技术是以合成孔径雷达复数据提取的相位信息为信息源获取地表三维信息和变化信息的一项技术。

举例说明D-InSAR测量技术的基本原理：例如：卫星成像天线第一次干涉处理时可以设置两个点A1和A2，如果在C地点地形未发生变形，该技术录取的不包含地形形变的干涉相位，可以称其为干涉纹图1；如果卫星成像第2 次干涉处理的成像天线为A1和A2′时，地表C有微量形变出现，该技术录取的资料即地形形变相位和其他相位的干涉相位，称其为干涉纹图2。

干涉纹图1和干涉纹图2之间的干涉相位之差计算地表沿雷达视线方向移动的形变相位。

2、D-InSAR技术在矿区沉陷监测应用中的相关问题
D-InSAR技术在矿区地面沉陷监测中表现出了独特优势，但是新技术毕竟要不断接受各种复杂实际问题的考验。

此外，由于航天SAR传感器及D-InSAR技术自身的缺陷和矿区地面沉陷灾害本身的特点，使得该技术在实际应用过程中出现了一些典型的问题。

2.1D-InSAR技术相位的失相关问题
相位的失相关问题是矿区测量过程中，经常遇到的问题。

因为，基线的长度、轨道发生偏移、轨道不平行、地面沉陷的速度过快以及在连续获取数据期间发生了过多的地面沉陷等都可能导致失相关问题的发生；阴雨天气、恶劣气候、覆盖在地表的植物农田、季节性的变化等也会造成时间失相关。

此外，大气相位延迟也会严重影响差分干涉测量的精确度。

2.2相位解缠时容易发生误差
相位解缠误差主要发生在相位梯度过大的边坡陡坎区，这些区域相位的不连
续性很强。

从不同起始点经过不同积分路径进行相位累计得到的结果可能不同，这就直接降低了解缠的计算精度，甚至存在错误。

2.3煤矿区开采沉陷没有雷达回波信号
在煤矿开采区，塌陷有时候来的比较迅猛，矿区地表情况发生巨大变化，甚至在几天内就有可能发生巨大塌陷，这个时间段内雷达没有录取到一个重返周期的观测数据，在雷达影像上会引起极大的失相干。

此外，在我国许多煤矿塌陷地、塌陷坑有大面积的积水存在，也容易造成这些区域雷达信号没有回波。

3、针对问题所采取的相应解决方案
随着D-InSAR技术在应用中不断的自我完善和其它数字处理方法的不断进步，D-InSAR技术与其它先进的地球探测技术结合的更紧密，D-InSAR技术本身在矿区地面沉陷监测中的不足不断被克服。

3.1PS技术的应用能够解决D-InSAR 技术的自身缺陷
PS技术是“永久散射体技术”(Permanent Scatterers Technique)的简称。

PS技术在一定的适用条件下，可以避免时间上失相关因素带来的影响。

条件一、通常都需要20～30以上的雷达数据集，这是因为模拟大气需要比较充足的数据，条件二、实际监测的区域面积要在10km×10km以内，因为，足够大的面积内地表形变类型更接近线性形变。

PS技术的出现对D-InSAR 技术有一个很好的补充，它是在从一组时间序列的SAR图像中选取那些雷达反射强度及相位信号在长时间内基本保持稳定的能保持高相干性的点作为PS点，这些点基本上不会随时间的推移而变化，数据可以很好的保持相干性，进而可以录取煤矿开采区的地表形变和DEM等精确信息。

3.2GPS技术在D-InSAR技术的应用，提高了监测精度
GPS的定位技术是近年来发展起来的精度较高的技术，据不完全统计，它能够达到10-8甚至更高的精度，在高精度的定位和变形监测方面有独特优势，更重要的是采样周期很短，能够在数十秒钟至几个小时内的时间间隔内重复采集数据，这些数据能够减少D-InSAR 数据处理过程中的不确定因素，排除干扰因素，提高数据处理能力，提高矿山监测的精准度。

此外，GPS在D-InSAR技术中的另一个应用是：校正D-InSAR数据产品的误差，去除大气条件产生的相位失相关，因为，它可以推算出对流层延迟和电离层延迟。

结束语
随着开采的进行，矿区地面沉陷时有发生，为了城市和矿区的可持续性发展，必须采用新技术和新方法来监测、分析和重新认识这一重要课题。

D-InSAR差分干涉测量技术虽然由于D-InSAR技术及矿区沉陷自身的特点，在矿区沉陷监测的应用上尚存在一些技术难题，但是在应用过程中已经显示出了矿区地面沉降高精度监测上的不可比拟的技术优势。

随着全球卫星雷达系统的进一步发展，可以预见，D-InSAR技术将在矿区沉陷监测领域得到更广泛的应用，必定成为未来矿区沉陷监测新技术的发展方向。