基于DInSAR技術(shù)的礦區(qū)發(fā)展的研究綜述論文
0 引言
目前，對礦區(qū)沉降監(jiān)測的主要手段有傳統(tǒng)的水準(zhǔn)、GPS、EDM測量等。然而這些監(jiān)測方法都需要耗費(fèi)大量的人力，物力和財(cái)力，不適合用于對礦區(qū)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的監(jiān)測。合成孔徑干涉雷達(dá)InSAR）是近年來發(fā)展起來的一種先進(jìn)的空間對地觀測技術(shù)。其方便快捷、覆蓋范圍廣、空間分辨率高等特點(diǎn)，使InSAR技術(shù)迅速成為國際研究的熱點(diǎn)。
近年來，InSAR技術(shù)在監(jiān)測礦區(qū)沉陷和地質(zhì)災(zāi)害方面應(yīng)用已取得了一定的成果，Canec等首先用D-lnSAR監(jiān)測了法國Gardanne附近煤礦的沉降。基于前人研究的基礎(chǔ)上，本文以甘肅平?jīng)龅V區(qū)為研究對象，采用D-InSAR技術(shù)對地表開采沉陷進(jìn)行監(jiān)測研究，為更好的了解礦區(qū)地表形變特征，同時(shí)也將進(jìn)一步拓展和完善D-InSAR技術(shù)在礦山領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。
1 數(shù)據(jù)與處理方法
D-InSAR技術(shù)是通過對兩幅干涉條紋圖進(jìn)行差分來消除地形相位的處理過程。根據(jù)去除地形相位采用的數(shù)據(jù)和處理方法的不同，D-InsAR的方法可分為：兩軌法、三軌法和四軌法[8]。文中采用兩軌法進(jìn)行處理。
本文以甘肅華亭煤礦為例，開展利用D-InSAR技術(shù)提取煤礦沉陷形變的量級和范圍的研究。華亭煤礦位于甘肅省平?jīng)鍪校瑥牡刭|(zhì)構(gòu)造角度，該區(qū)域位于六盤山斷裂帶的中段東側(cè)�？紤]到研究區(qū)域地表植被覆蓋茂密，本文選取了日本ALOS PALSAR衛(wèi)星影像資料，波長23.6cm，對植被有較好的穿透能力，影像獲取時(shí)間為2007年7月至2010年7月，共11景升軌數(shù)據(jù)。
本文采用瑞士GAMMA公司開發(fā)的GAMMA雷達(dá)干涉處理軟件進(jìn)行SAR影像數(shù)據(jù)處理，具體流程如下[9]：
①獲取干涉圖：確定主、輔影像，經(jīng)配準(zhǔn)、干涉、基線估計(jì)等步驟后得到干涉相位圖；
�、谖闹械腄EM采用美國NASA公開的SRTM DEM來模擬地形相位，空間分辨率為90m（3弧秒）。將SRTM DEM與主影像進(jìn)行配準(zhǔn)，轉(zhuǎn)換到雷達(dá)坐標(biāo)系下，模擬地形相位。
�、郢@取形變量：從步驟①中獲取的干涉圖去除地形相位，得到差分干涉圖，經(jīng)相位解纏，地理編碼，獲得形變信息。
數(shù)據(jù)處理時(shí)，為了提高干涉圖的信噪比，對干涉圖進(jìn)行了兩次基于頻譜的自適應(yīng)濾波，濾波窗口分別為32×32、64×64，多視因子給定4：9，即每個(gè)像元約為60×60m2。通過自由組合干涉，共挑選出7個(gè)相干性較好的干涉圖，各干涉圖的空間垂直基線和時(shí)間間隔如圖1所示，顯然，大部分干涉圖垂直基線較短，小于1km，較大程度地削弱了外部DEM誤差對最終形變結(jié)果的影響。
2 結(jié)果分析
華亭煤礦是上個(gè)世紀(jì)甘肅省發(fā)現(xiàn)并開發(fā)規(guī)模最大的煤田，目前開采量依舊較大，通過對7幅干涉圖（圖2）的對比分析可以得到如下幾點(diǎn)結(jié)論和認(rèn)識(shí)：
�、貺波段具有較強(qiáng)的植被穿透能力，干涉圖相干性較好，僅在煤礦沉陷形變梯度較大的地方失相干，其他區(qū)域全部相干，顯示出L波段雷達(dá)影像在煤礦沉陷監(jiān)測中應(yīng)用的潛力和優(yōu)勢；
�、诿旱V沉陷的時(shí)間應(yīng)發(fā)生在2008年5月26日到2009年7月14日之間。首先，圖2b、c、d均選取的'是非公共影像干涉圖，表明干涉圖中的條紋信號(hào)不是大氣相位延遲，也不是外部DEM誤差引起的相位，即2007年至2009年煤礦發(fā)生了沉陷，引起了地表局部范圍變形；其次，圖2a、e、g中并未顯示出明顯的形變條紋，由此可以斷定煤礦沉陷發(fā)生的時(shí)間介于2008年5月26日到2009年7月14日之間；
�、蹚膱D2b、c、d中可以看出，煤礦沉陷引起的地表最大變形約8cm；
�、芡ㄟ^圖2b、c、d，可以圈定煤礦沉陷的形狀和范圍。沉陷區(qū)域近似南北向的矩形，其中南北長約3km，東西寬約2km。
一般煤礦沉降可以簡單的分為三個(gè)階段：緩慢沉降階段、快速沉降階段和沉降減緩并且消失階段。圖2a、e應(yīng)屬緩慢沉降階段，圖2b、c、d、f應(yīng)為快速沉降階段，圖g為沉降消失階段。通過監(jiān)測沉降速率緩慢階段的出現(xiàn)并采取積極措施能夠避免危害性較大的快速沉降階段的出現(xiàn)，因此監(jiān)測地面沉降對保證礦區(qū)安全生產(chǎn)和及時(shí)控制并阻止地面沉降的發(fā)生非常有用。
3 結(jié)論
本文采用兩軌法D-InSAR技術(shù)獲取了甘肅平?jīng)鋈A亭煤礦在2007-2010年的地表形變場，結(jié)果表明，華亭煤礦沉陷在2008年5月26日到2009年7月14日之間十分明顯，最大形變達(dá)到8cm，沉陷范圍為近似南北向矩形，南北長約3km，東西寬約2km。最后通過區(qū)域小震活動(dòng)分布情況證實(shí)了本文InSAR結(jié)果的可靠性。表明D-InSAR技術(shù)監(jiān)測到的沉陷信息可以較為準(zhǔn)確的反映礦區(qū)實(shí)際沉陷狀況，顯示出了巨大的潛力和優(yōu)勢，可以作為一種獲取大范圍煤礦區(qū)的地表沉陷的有效方法，為研究我國煤礦區(qū)的沉陷提供了有效的方法。
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