李秀江

（遼寧省地礦測(cè)繪院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110121）

當(dāng)前我國(guó)能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展可以說(shuō)離不開(kāi)礦產(chǎn)資源的全面開(kāi)發(fā)，礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)快速發(fā)展的一種戰(zhàn)略保障。礦產(chǎn)資源的開(kāi)采帶給人們經(jīng)濟(jì)上的發(fā)展和物質(zhì)上的繁榮，但在經(jīng)濟(jì)有所發(fā)展的同時(shí)也對(duì)我們賴(lài)以生存的生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了巨大傷害，很多礦山在開(kāi)采時(shí)會(huì)造成水土資源的嚴(yán)重破壞，因?yàn)榈叵卤恢苯油诳斩a(chǎn)生地表塌陷、礦山變形的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí){到礦山開(kāi)采人員的生命安全。礦山開(kāi)采區(qū)的變形會(huì)受到不同地質(zhì)條件和不同環(huán)境要素的影響，同時(shí)會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境方面造成很大危害，包括：對(duì)采礦區(qū)周邊環(huán)境產(chǎn)生污染；對(duì)采礦區(qū)的地表產(chǎn)生毀損；對(duì)地面各種線(xiàn)路產(chǎn)生破壞；同時(shí)也會(huì)對(duì)周邊居民的各種生活設(shè)施產(chǎn)生一定程度的破壞[1]。因此，針對(duì)礦山開(kāi)采區(qū)變形所產(chǎn)生的嚴(yán)重危害，迫切需要我們采用科學(xué)手段對(duì)礦山開(kāi)采區(qū)變形進(jìn)行有效監(jiān)控。

1 在礦山開(kāi)采地表變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

礦山開(kāi)采區(qū)變形監(jiān)測(cè)具有監(jiān)測(cè)范圍廣泛和地形條件復(fù)雜等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的礦山開(kāi)采區(qū)變形監(jiān)測(cè)方法包括GPS測(cè)量、三角高程測(cè)量和水準(zhǔn)測(cè)量等等，這些方法效率不高，時(shí)效性低下，需要監(jiān)測(cè)人員現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)入監(jiān)測(cè)區(qū)域去自行設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，消耗很大而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。針對(duì)傳統(tǒng)礦山開(kāi)采區(qū)變形監(jiān)測(cè)手段的各種缺陷，許多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行不斷探索，對(duì)礦區(qū)開(kāi)采區(qū)的變形采用精度高、范圍大且可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的高科技測(cè)量方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)合成孔徑雷達(dá)差分干涉測(cè)量方法可以克服傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法的各種不足，極大提高礦山開(kāi)采區(qū)變形監(jiān)測(cè)效率[2]。合成孔徑雷達(dá)差分干涉測(cè)量技術(shù)是利用對(duì)同一觀測(cè)點(diǎn)的具有一定相關(guān)性與視角差的多景SAR影像數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)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(dá)差分干涉測(cè)量具有重復(fù)軌道干涉和雙天線(xiàn)單航過(guò)兩種測(cè)量模式，工作流程如圖1。

圖1 合成孔徑雷達(dá)差分干涉測(cè)量?jī)煞N模式的工作流程圖

合成孔徑雷達(dá)差分干涉測(cè)量技術(shù)是合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)的一種應(yīng)用拓展，在礦山開(kāi)采區(qū)地表變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用主要是利用雷達(dá)探測(cè)來(lái)跨越形變期并進(jìn)行多次重復(fù)觀測(cè)，對(duì)獲取的復(fù)圖像進(jìn)行干涉處理、圖像配準(zhǔn)與二次差分處理，從而獲取包含礦山開(kāi)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(yùn)用外部地形數(shù)據(jù)和多余觀測(cè)值從礦山開(kāi)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(kāi)采區(qū)地表形變的相位，進(jìn)而定量反演礦山開(kāi)采區(qū)地表形變。合成孔徑雷達(dá)差分干涉測(cè)量技術(shù)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(shù)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(dá)差分干涉測(cè)量技術(shù)可以對(duì)礦山開(kāi)采地表變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該技術(shù)可以實(shí)時(shí)獲取礦山開(kāi)采區(qū)的地表數(shù)據(jù)，對(duì)礦山開(kāi)采區(qū)的地表形變進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析與形變預(yù)測(cè)。

2 在礦山開(kāi)采沉陷變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

合成孔徑雷達(dá)差分干涉測(cè)量技術(shù)結(jié)合了干涉測(cè)量技術(shù)與合成孔徑雷達(dá)成像原理，利用軌道之間的幾何關(guān)系、空間姿態(tài)參數(shù)與傳感器的系統(tǒng)參數(shù)來(lái)精確測(cè)量測(cè)量點(diǎn)中某一點(diǎn)的微小變化與三維空間位置變化。合成孔徑雷達(dá)差分干涉測(cè)量技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)十分明顯，因此近年來(lái)該技術(shù)得到了迅速發(fā)展。合成孔徑雷達(dá)差分干涉測(cè)量技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)礦山開(kāi)采區(qū)地表變形的監(jiān)測(cè)，還可以實(shí)現(xiàn)礦山開(kāi)采區(qū)沉陷變形的大面積監(jiān)測(cè)，其精度很高，甚至可達(dá)毫米級(jí)。

合成孔徑雷達(dá)差分干涉測(cè)量技術(shù)對(duì)礦山開(kāi)采區(qū)的沉陷變形監(jiān)測(cè)首先要積累覆蓋同一礦山的多景SAR影像,其中實(shí)現(xiàn)礦山開(kāi)采區(qū)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的影像主要來(lái)自衛(wèi)星影像和雷達(dá)影像，將這些SAR影像形成以時(shí)間序列排序的干涉影像對(duì)，再?gòu)闹刑崛〕霾皇艽髿庾兓涂臻g、時(shí)間基線(xiàn)失相關(guān)影響的數(shù)據(jù)穩(wěn)定點(diǎn)目標(biāo)，通過(guò)對(duì)穩(wěn)定點(diǎn)目標(biāo)上的地形相位進(jìn)行分離來(lái)達(dá)到監(jiān)測(cè)礦山開(kāi)采區(qū)沉陷變形的目的。合成孔徑雷達(dá)差分干涉測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于礦山開(kāi)采區(qū)沉陷變形監(jiān)測(cè)的主要步驟可以分為沉陷形變估計(jì)、沉陷差分干涉圖的生成與沉陷相干點(diǎn)的目標(biāo)識(shí)別三部分。首先選取采集影像，對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行裁剪，依次進(jìn)行配準(zhǔn)并采取干涉處理法，去除地表相位產(chǎn)生的影響，生成沉陷差分干涉的相位圖。然后對(duì)PS點(diǎn)進(jìn)行確定，通過(guò)對(duì)時(shí)間和空間導(dǎo)致的相關(guān)誤差進(jìn)行排除，確保PS候選點(diǎn)擁有相位穩(wěn)定性，并在最終的PS點(diǎn)確定后實(shí)行相位解纏。最后在空間域與時(shí)間域上分別進(jìn)行低通濾波處理和高通濾波處理，最終獲得該礦山開(kāi)采區(qū)的沉陷變形相位從而對(duì)該礦山開(kāi)采區(qū)的沉陷變形進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和沉陷走向估測(cè)。

3 結(jié)語(yǔ)

礦山開(kāi)采區(qū)變形監(jiān)測(cè)是合成孔徑雷達(dá)差分干涉測(cè)量的重要應(yīng)用領(lǐng)域。合成孔徑雷達(dá)差分干涉測(cè)量技術(shù)可以覆蓋約幾千平方公里的范圍，而且具備全天候與時(shí)效性等優(yōu)點(diǎn)，甚至可以穿云透霧，該技術(shù)自面世以來(lái)就已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。合成孔徑雷達(dá)差分干涉測(cè)量技術(shù)在礦山開(kāi)采區(qū)變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用包括對(duì)礦山開(kāi)采區(qū)地表變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用與礦山開(kāi)采區(qū)沉陷變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，隨著該技術(shù)的發(fā)展，其在礦山開(kāi)采區(qū)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，擁有著十分廣闊的發(fā)展前景。