李秀江

（遼寧省地礦測繪院有限責任公司，遼寧 沈陽 110121）

當前我國能夠實現(xiàn)經濟快速發(fā)展可以說離不開礦產資源的全面開發(fā)，礦產資源開發(fā)是實現(xiàn)經濟可持續(xù)快速發(fā)展的一種戰(zhàn)略保障。礦產資源的開采帶給人們經濟上的發(fā)展和物質上的繁榮，但在經濟有所發(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重破壞，因為地下被直接挖空而產生地表塌陷、礦山變形的現(xiàn)象，嚴重時甚至會威脅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)境產生污染；對采礦區(qū)的地表產生毀損；對地面各種線路產生破壞；同時也會對周邊居民的各種生活設施產生一定程度的破壞[1]。因此，針對礦山開采區(qū)變形所產生的嚴重危害，迫切需要我們采用科學手段對礦山開采區(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，結果發(fā)現(xiàn)合成孔徑雷達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]。合成孔徑雷達差分干涉測量技術是利用對同一觀測點的具有一定相關性與視角差的多景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。合成孔徑雷達差分干涉測量具有重復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 合成孔徑雷達差分干涉測量兩種模式的工作流程圖

合成孔徑雷達差分干涉測量技術是合成孔徑雷達干涉測量技術的一種應用拓展，在礦山開采區(qū)地表變形監(jiān)測中的應用主要是利用雷達探測來跨越形變期并進行多次重復觀測，對獲取的復圖像進行干涉處理、圖像配準與二次差分處理，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。合成孔徑雷達差分干涉測量技術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。利用合成孔徑雷達差分干涉測量技術可以對礦山開采地表變形進行監(jiān)測，該技術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)分析與形變預測。

2 在礦山開采沉陷變形監(jiān)測中的應用

合成孔徑雷達差分干涉測量技術結合了干涉測量技術與合成孔徑雷達成像原理，利用軌道之間的幾何關系、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。合成孔徑雷達差分干涉測量技術的技術優(yōu)勢十分明顯，因此近年來該技術得到了迅速發(fā)展。合成孔徑雷達差分干涉測量技術不僅可以實現(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，甚至可達毫米級。

合成孔徑雷達差分干涉測量技術對礦山開采區(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、時間基線失相關影響的數(shù)據(jù)穩(wěn)定點目標，通過對穩(wěn)定點目標上的地形相位進行分離來達到監(jiān)測礦山開采區(qū)沉陷變形的目的。合成孔徑雷達差分干涉測量技術應用于礦山開采區(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，依次進行配準并采取干涉處理法，去除地表相位產生的影響，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致的相關誤差進行排除，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 結語

礦山開采區(qū)變形監(jiān)測是合成孔徑雷達差分干涉測量的重要應用領域。合成孔徑雷達差分干涉測量技術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，該技術自面世以來就已經成為國內外研究的熱點。合成孔徑雷達差分干涉測量技術在礦山開采區(qū)變形監(jiān)測中的應用包括對礦山開采區(qū)地表變形監(jiān)測中的應用與礦山開采區(qū)沉陷變形監(jiān)測中的應用，隨著該技術的發(fā)展，其在礦山開采區(qū)的應用越來越廣泛，擁有著十分廣闊的發(fā)展前景。