張連蓬 梁 亮 陳炳乾 胡晉山 于 洋 秦 璐 余 昊 楊家樂 楊 宇

(1.江蘇師范大學(xué)地理測繪與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院,江蘇 徐州 221116;2.長安大學(xué)地質(zhì)工程和測繪學(xué)院,陜西 西安 710054;3.蘇州工業(yè)園區(qū)測繪地理信息有限公司,江蘇 蘇州 215000)

煤炭是支撐我國國民經(jīng)濟發(fā)展最重要的基礎(chǔ)能源,對于我國經(jīng)濟發(fā)展具有重大的戰(zhàn)略意義。近年來隨著我國去產(chǎn)能政策的出臺和大量礦井的煤炭資源枯竭,導(dǎo)致大量礦井被關(guān)閉。礦井關(guān)閉后,煤巖體在應(yīng)力、地下水等多種因素的作用下發(fā)生風(fēng)化劣化、強度降低,將改變廢棄采空區(qū)內(nèi)破裂巖體的應(yīng)力和承載能力,有可能導(dǎo)致采空區(qū)地表發(fā)生二次形變或多次形變,同時由于地下水的作用,煤柱逐漸軟化脫落甚至垮塌,引起不同程度的地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害[1-2]。合成孔徑雷達干涉測量(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技術(shù)是近年來興起的一種新的空間對地監(jiān)測手段,相比于傳統(tǒng)的測量方法,具有全天時、全天候、高精度和大范圍等優(yōu)點[3-4]。傳統(tǒng)的In-SAR技術(shù)在地面微小形變監(jiān)測中取得了重大突破[5],但其仍受時空失相干和大氣延遲的影響[6]。為了克服該局限,國內(nèi)外學(xué)者先后提出了時間序列InSAR(Time-series InSAR,TS-InSAR),主要包括小基線集差分雷達干涉測量(Small Baseline Subset In-SAR,SBAS-InSAR)[7]、永久散射體雷達干涉測量(Permanent Scaterer InSAR,PS-InSAR)[8],臨時相干點雷達干涉測量(Temporally Coherent Point InSAR,TCP-InSAR)[9]等。

最初的時序InSAR技術(shù)主要應(yīng)用于城市地表形變監(jiān)測,隨著該技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的拓展,逐漸也被廣泛應(yīng)用于礦區(qū)形變監(jiān)測[10-12]。尹宏杰[13]利用L波段的PALSAR數(shù)據(jù)并基于SBAS-InSAR技術(shù)獲取了湖南某礦區(qū)的沉降序列圖;邢學(xué)敏等[14]提出了一種角反射器InSAR與PS-InSAR的聯(lián)合解算方法,并將其應(yīng)用于區(qū)域線性沉降探測中;FAN等[15]利用TCP-In-SAR監(jiān)測了中國陜西榆陽礦區(qū)的地表沉降,得到最大沉降速率為162 mm/a,累計沉降量為86 mm;潘光永等[16]利用SBAS-InSAR技術(shù)對濟陽井田礦區(qū)40景C波段Sentinel-1A升軌數(shù)據(jù)進行處理,獲取了2017年5月20日—2018年10月18日研究區(qū)內(nèi)地面沉降的年平均沉降速率和累積沉降量。結(jié)果顯示,區(qū)內(nèi)年平均沉降速率最大達到320 mm/a,累積沉降量最大為447 mm。李達等[17]針對傳統(tǒng)InSAR技術(shù)易受時空失相關(guān)、大氣相位延遲等因素的影響,采用SBASInSAR技術(shù)對13景TerraSAR-X數(shù)據(jù)進行時序處理,分析了研究區(qū)域2012—2013年沉降速率;李路等[18]針對礦區(qū)地表發(fā)生嚴(yán)重時空失相干現(xiàn)象影響小基線集技術(shù)的應(yīng)用,從提高監(jiān)測點的數(shù)量與質(zhì)量角度出發(fā)對該技術(shù)進行了改進,并應(yīng)用于實地礦區(qū),結(jié)果顯示:區(qū)內(nèi)共有兩處區(qū)域發(fā)生大量級沉降現(xiàn)象,其中北側(cè)采空區(qū)最大沉降速率可達-50.948 mm/a,南側(cè)采空區(qū)雖較緩和,但也對周圍村莊造成了影響,應(yīng)引起注意。KUMAR等[19]利用改進的PS-InSAR技術(shù)分析了Jharia煤田地下采礦活動引起的緩慢地表變形,發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)最大緩慢變形速率為29 mm/a,累計沉降值為90 mm,并繪制了沉降區(qū)域圖;DANG等[20]基于2015—2019年的56景Sentinel-1A影像,利用PS-In-SAR技術(shù),監(jiān)測了越南Ha Long和Cam Pha 地區(qū)的地面沉降,分析了地面沉降主要是由煤炭開采引起,同時討論了該地區(qū)地表形變的空間分布特征,確定了沉降速率隨時間的變化關(guān)系。

現(xiàn)有研究大多集中在礦區(qū)開采過程中產(chǎn)生的地表形變,但近年來針對關(guān)閉礦井后地表形變監(jiān)測的研究也日益受到關(guān)注。本研究以徐州東部礦區(qū)為例,基于SBAS-InSAR技術(shù),提出了關(guān)閉礦井地表形變時空監(jiān)測與分析方法。利用2015年7月6日—2021年11月19日的171景Sentinel-1A SAR數(shù)據(jù),監(jiān)測并分析了徐州東部礦區(qū)閉礦后6 a內(nèi)的地表多維變形時空演化規(guī)律,分析結(jié)果對于安全、有效、合理地利用廢棄礦井資源和保證各種建(構(gòu))筑物以及人民生命財產(chǎn)安全具有重要的理論意義和實用價值。

1 SBAS-InSAR技術(shù)原理

SBAS-InSAR技術(shù)是一種基于多主影像的時間序列InSAR方法,將同一地區(qū)的多景SAR影像數(shù)據(jù)按照一定規(guī)則組成若干個小基線干涉對,運用最小二乘法或者奇異值分解方法進行形變參數(shù)估計[21-22]。

假設(shè)N+1幅SAR影像按照時間序列t0,t1,t2,…,tn排列,選取其中一幅主影像對其他影像進行配準(zhǔn),基于時空基線閾值進行干涉對組合生成M幅多視差分干涉圖[23]。假定主影像獲取時刻為tB,輔影像獲取時刻為tA(tB＞tA),若不考慮大氣延遲相位、殘余地形相位和噪聲相位,兩者生成的第j幅差分干涉圖對應(yīng)的任一像元(x,r)的差分干涉相位Δφj(x,r)可以表示為

式中,j∈[ 1,2,…,M];λ為雷達的中心波長;(x,r)分別為像元在方位向和距離向的坐標(biāo);φA(x,r)、φB(x,r)分別為tA、tB時刻相對于初始時刻t0的形變相位;d(tB,x,r)和d(tA,x,r)為tB和tA時刻相對于d(tB,x,r)=0的雷達視線方向的累積形變量。

若IE={IE1,…,IEM}和IS={IS1,…,ISM}分別為干涉數(shù)據(jù)處理時按時間順序排列的主影像和輔影像序列,并且滿足IEj＞ISj,j=1,2,…,M,則所有的差分干涉圖相位可以組成如下觀測方程:

將其轉(zhuǎn)換為線性方程為

式中,A為M×N的系數(shù)矩陣,其中矩陣內(nèi)主、輔影像對應(yīng)的系數(shù)分別為1和-1,其余值為0;φ為待求的相位矩陣;δφ為差分干涉圖的相位矩陣;以t0時刻獲取的影像值為參考值,式(3)中未知數(shù)為N個。

當(dāng)矩陣A為滿秩,即M≥N時,即可利用最小二乘法[24]求解出方程(4)的最優(yōu)估計值

式中,若矩陣A秩虧,即M＜N,對應(yīng)的ATA為奇異矩陣,可利用奇異值分解法求其最小范數(shù)解,進而獲取研究區(qū)的年平均形變速率[25]。獲取形變速率后,在其時間維度上進行積分運算即可獲得研究區(qū)相應(yīng)時間段內(nèi)的累積形變量。

2 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)

徐州市位于江蘇省北部(圖1(a)),處于隴海、津浦鐵路干線交點,京杭運河流經(jīng)礦區(qū),交通發(fā)達,煤炭儲量較豐、品種較全。研究區(qū)域位于賈汪區(qū)境內(nèi),主要有青山泉、權(quán)臺、旗山、董莊、大黃山、韓橋等礦井,開采歷史超過百年,由于煤炭資源枯竭,目前徐州東部大小煤礦均已關(guān)閉。研究區(qū)域內(nèi)包含了青山泉礦、韓橋礦、權(quán)臺礦、旗山礦、董莊礦和大黃山礦6座礦井,其中大黃山礦關(guān)閉時間為2000年1月,董莊礦于2001年11月關(guān)閉,青山泉礦和韓橋礦都于2008年12月關(guān)閉,權(quán)臺礦和旗山礦在2016年9月關(guān)閉。研究區(qū)位置如圖1所示,圖中3處圓點為二等水準(zhǔn)測量點。

圖1 研究區(qū)概況Fig.1 Overview of the study area

試驗過程中共使用171景Sentinel-1A IW模式的SAR衛(wèi)星影像數(shù)據(jù),時間跨度為2015年7月6日—2021年11月19日,影像的距離向和方位向空間分辨率分別為5 m和20 m,極化方式為VV,中心入射角約39.5°,SAR影像參數(shù)具體取值見表1。獲取的Sentinel-1A SAR影像重訪周期大部分為12 d,部分重訪周期大于12 d的影像已在表1中列出。

表1 SAR影像參數(shù)Table 1 Parameters of SAR image

試驗過程中采用NASA提供的空間分辨率為30 m×30 m的STRM 1 DEM數(shù)據(jù)(http:∥gdex.cr.usgs.gov/gdex/)來消除地形誤差影響。另外,利用歐洲航天局提供的定位精度在5 cm以內(nèi)的POD精密軌道數(shù)據(jù)(https:∥qc.sentinel1.eo.esa.int/aux_poeorb/)消除軌道誤差。

3 試 驗

3.1 形變速率與累計形變量分析

試驗中進行干涉對組合的垂直基線和時間基線閾值分別設(shè)置為120 m與60 d,最終生成可用干涉組合691個,干涉組合的時空基線組合分布如圖2所示。首先對生成的691個干涉對進行差分干涉處理得到對應(yīng)的差分干涉圖;然后利用最小費用流方法[26]對其進行相位解纏,并根據(jù)干涉圖的相干性以及解纏結(jié)果篩選出高質(zhì)量的差分干涉圖,而后選取地表穩(wěn)定的控制點進行軌道精煉和重新去除平地效應(yīng),之后去除大氣相位誤差;最后利用最小二乘方法得到地表年平均形變速率,如圖3所示。

圖2 SAR影像時空基線組合Fig.2 Spatiotemporal baseline combination of SAR images

圖3 地表沿視線向年平均形變速率Fig.3 Average annual rate of surface deformation alone line of sight

由圖3可知:研究區(qū)域2015年7月6日—2021年11月19日,地面最大抬升速率為36 mm/a,位于圖3權(quán)臺礦點A′處;最大沉降速率為-33 mm/a,位于圖3董莊礦點B′處,由光學(xué)影像可知,點A′大致位于潘安湖周邊的裸地處,點B′位于耕地周圍。其中,權(quán)臺礦以抬升為主(圖3A區(qū)域),最大抬升為36 mm/a,最大沉降速率相對較小,為-20 mm/a;同時旗山礦也有部分區(qū)域(圖3B區(qū)域)表現(xiàn)為抬升,最大抬升速率為30 mm/a,但還是以沉降為主(圖3C區(qū)域),最大沉降速率為-29 mm/a。其余4個礦區(qū)都以沉降為主,其中董莊礦的最大沉降速率居于4礦之首,為-33 mm/a;大黃山礦次之,為-28 mm/a;青山泉礦和韓橋礦相對來說沉降較小,最大沉降速率分別為-18 mm/a和-23 mm/a。

為了進一步分析礦井關(guān)閉后地表形變的發(fā)展過程和變化規(guī)律,在獲取形變速率的基礎(chǔ)上對其進行時間維度上的積分運算,獲取了各個礦區(qū)時間序列的地表累積形變量的變化特征,如圖4所示。由于研究時間跨度較大,同時研究區(qū)總體形變較小,故將時間序列間隔設(shè)置為6個月,共獲得了14幅累計形變圖。

圖4(a)～圖4(c)為權(quán)臺礦和旗山礦關(guān)閉前獲取的影像。在礦井關(guān)閉之前,旗山礦已開始出現(xiàn)沉降區(qū)域,至2016年7月24日(圖4(c)中橢圓C),沉降量最大達到-130 mm,而權(quán)臺礦呈微量抬升(圖4(c)中橢圓A),至2016年7月24日,最大抬升量為81 mm。這是因為權(quán)臺礦在2014年4月以前就已停采,當(dāng)時部分排水設(shè)施已關(guān)停,導(dǎo)致地下水位上升,作用在采動破裂巖體、第四系松散層內(nèi)的孔隙壓力增大,有效應(yīng)力減小,使其產(chǎn)生彈性恢復(fù)變形,膨脹巖體遇水膨脹也可能導(dǎo)致覆巖及地表上升。為了防止突水事故的發(fā)生,同時也是保證旗山礦的安全開采,權(quán)臺礦保留了部分排水設(shè)施待旗山礦關(guān)閉后,權(quán)臺礦-600 m水平及以上排水設(shè)施才停止運行[27]。

在所有礦區(qū)關(guān)閉之后,旗山礦的D區(qū)域也開始出現(xiàn)沉降(圖4(f)中橢圓D);而旗山礦的C區(qū)域出現(xiàn)了很明顯的先下沉后抬升的現(xiàn)象,至2019年7月9日,如圖4(i)所示,旗山礦達到最大沉降值-216 mm,自此C區(qū)域開始逐漸抬升;位于旗山礦西南部的B區(qū)域也于2020年7月15日(圖4(k)中橢圓B)開始出現(xiàn)抬升,至2021年11月19日,B區(qū)域整體呈抬升狀態(tài),C區(qū)域雖仍表現(xiàn)為沉降,但在閉礦的6 a里,存在一個先下沉后抬升的一個過程,這與文獻[28]所得結(jié)論一致。

圖4 2015年7月6日—2021年11月19日地表LOS方向時序形變特征Fig.4 Time series deformation characteristics in the LOS direction between 6 July 2015 and 19 November 2021

如圖4(i)中位于大黃山礦的橢圓E,自2018年7月2日開始出現(xiàn)沉降,至2021年11月19日,大黃山礦的最大沉降量為-200 mm。董莊礦自2017年7月19日起(圖4(e)),沉降區(qū)域由董莊礦邊界向內(nèi)擴張,至2021年11月19日,董莊礦的最大沉降量達到-218 mm。相對來說,青山泉礦和韓橋礦的沉降較小,最大沉降量分別為-146 mm和-101 mm,值得注意的是大黃山礦和董莊礦已經(jīng)關(guān)閉了十余年,但是沉降量仍然相對較大,推測可能是礦井關(guān)閉后人類活動(如地表興建設(shè)施)造成采空區(qū)“活化”產(chǎn)生了二次沉降。

3.2 傾斜與曲率形變分析

礦井關(guān)閉后地表產(chǎn)生的殘余變形除了下沉外,還有傾斜、曲率以及水平移動和水平變形。由于現(xiàn)場觀測發(fā)現(xiàn)地表目前無明顯水平移動,因此本研究重點評估地表傾斜和曲率變形對地表建筑物的影響程度。為獲取地表傾斜和曲率的連續(xù)形變場,對圖4中的LOS方向形變值先轉(zhuǎn)成垂直形變wi再進行插值,之后根據(jù)開采沉陷理論公式[29]計算出地表各點時間序列的傾斜變化值(圖5)與曲率變化值(圖6)。傾斜值計算公式為

圖5 2015年7月6日—2021年11月19日各個礦區(qū)傾斜值分布Fig.5 Distribution of tilt values in each mining area between 6 July 2015 and 19 November 2021

圖6 2015年7月6日—2021年11月19日各礦區(qū)曲率值分布Fig.6 Distribution of curvature values in each mining area between 6 July 2015 and 19 November 2021

式中,i2-3地表點2和3之間的傾斜值,mm/m;w2、w3為地表點2和3的下沉值,mm;l2-3為地表點2和3之間的水平距離,m。

由于曲率是傾斜變形的一階導(dǎo)數(shù),因此曲率可進行如下計算:

式中,k2-3-4為地表點2、3和4之間的曲率值,mm/m2;i3-4為地表點3和4之間的平均斜率,mm/m;l3-4為地表點3和4之間的水平距離,m。

由圖5可知:2015年7月6日—2018年1月15日,各個礦區(qū)的傾斜值均在《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)范》的地表允許變形值范圍內(nèi)(允許變形值i=3 mm/m,K=0.2 mm/m2)[30],地表處于相對安全狀態(tài)(圖5(a)至圖5(f));2018年1月15日—2021年11月19日,旗山礦出現(xiàn)一處地表傾斜值超過3 mm/m,達到3.35 mm/a(圖5(g)至圖5(n)中五角星符號標(biāo)注區(qū)),其他5座礦區(qū)沒有超過允許形變的點;2019年7月9日—2021年11月19,董莊礦出現(xiàn)一區(qū)域地表傾斜值超過3 mm/m,該區(qū)域內(nèi)的最大傾斜達到3.5 mm/a(圖5(k)至圖5(n)中圓圈符號標(biāo)注區(qū))。

為進一步定量分析地表形變演化規(guī)律,分別在圖4、圖5和圖6上提取 2015年7月6日—2021年11月19日期間的地表最大形變點,分析其動態(tài)形變規(guī)律,結(jié)果如圖7所示。

圖7 各礦區(qū)的最大形變點的時間序列變化特征Fig.7 Time series variation characteristics of maximum deformation points in each mining area

由圖7(a)可知:旗山礦區(qū)的最大沉降點在閉礦后先下沉后再抬升,旗山礦最大累計沉降量為-216 mm,董莊礦最大沉降量為-215 mm,大黃山礦最大沉降量為-200 mm,另外3個沉降略小的韓橋礦、青山泉礦和權(quán)臺礦的最大沉降量分別為-146、-102、-148 mm。自2018年7月2日之后(如圖7(a)中虛線處),6個礦區(qū)的形變速率均有所降低,形變逐漸趨于平穩(wěn)。這可以在一定程度上反映出在閉礦后隨著時間的增長地表也趨于穩(wěn)定,不再有劇烈的形變產(chǎn)生。由圖7(b)可知:除了權(quán)臺礦和旗山礦,其余4個礦區(qū)在2017年7月6日之后抬升速率變緩,權(quán)臺礦的最大抬升量達到230.8 mm,旗山礦的最大抬升量為168 mm。相對來說,大黃山礦、董莊礦、韓橋礦和青山泉礦抬升量較小,分別為96、86、116、49 mm。

圖7(c)、圖7(d)為各個礦區(qū)的最大傾斜曲線,由于旗山礦的閉礦時間為2016年9月,所以在2018年1月15日之后(圖7(c)、圖7(d)中虛線處)所有礦區(qū)的傾斜才基本呈現(xiàn)平緩的變化特征。大黃山礦、董莊礦、韓橋礦、旗山礦、青山泉礦、權(quán)臺礦的最大傾斜分別為-2.9、3.6、-2.9、-3.4、2.0、-2.9 mm/a,最大傾斜曲線反映出在閉礦后地表的不均勻變化導(dǎo)致傾斜值大于《建筑物、水體、鐵路及主要井巷媒柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)范》中的允許形變值,需要開展持續(xù)監(jiān)測來預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。

圖7(e)、圖7(f)為各個礦區(qū)的最大曲率曲線,大黃山礦、董莊礦、韓橋礦、旗山礦、青山泉礦、權(quán)臺礦最大曲率分別為0.15、-0.19、0.16、0.18、0.08、-0.18 mm/m2,在2017年7月6日之后(圖7(e)、圖7(f)中虛線處),礦區(qū)的曲率變化也變緩,且最大曲率都在允許形變值范圍之內(nèi),處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。

3.3 沉降面積統(tǒng)計分析

為分析試驗區(qū)域內(nèi)地表形變的年變化情況,對獲得的形變值進行疊加,得到以年為間隔的形變值,通過插值得到研究區(qū)內(nèi)完整的形變面積,同時對沉降面積進行了統(tǒng)計分析,得到各礦區(qū)沉降面積隨時間變化柱狀圖,如圖8所示。

圖8 各礦區(qū)2015—2021年形變面積變化柱狀圖Fig.8 Histogram of deformation area change in each mining area from 2015 to 2021

由圖8可知:2015年7月6日—2021年11月19日,權(quán)臺礦整體呈抬升趨勢,抬升面積從11.29 km2上升至21.1 km2,并有持續(xù)上升的趨勢,下沉面積由17.19 km2降至7.38 km2。旗山礦地表呈現(xiàn)先下沉后抬升的趨勢,2015年下沉面積為32.78 km2,2017年上升為33.66 km2,此后下沉面積開始減少,2021

年下沉面積減少至25.96 km2,而該礦在2015年的抬升面積為8.44 km2,2017年減少至7.21 km2,此后抬升面積開始上升,到2021年上升至15.27 km2,該礦于2016年9月閉礦之后,推測礦區(qū)地表后續(xù)會繼續(xù)抬升。青山泉礦在6 a多內(nèi)總體較平穩(wěn),下沉面積從2015年的9.26 km2上升至2021年的10.35 km2,抬升面積從2015年的2.78 km2下降為2021年的1.69 km2。相較于青山泉礦,韓橋礦下沉趨勢較明顯,2015年下沉面積為17.6 km2,到2021年上升至20.15 km2,抬升面積由14.96 km2降為12.42 km2。董莊礦整體呈下沉趨勢,下沉面積由2015年的10.92 km2升為2021年的12.942 km2,在2015年有略微抬升,抬升面積為2.44 km2,此后抬升面積呈減少趨勢,至2021年僅為0.43 km2。大黃山礦整體較為穩(wěn)定,2015年下沉面積為17.76 km2,2021年為18.17 km2,抬升面積由2015年的5.21 km2下降為2021年的4.8 km2。

同時值得注意的是,雖然大黃山礦與董莊礦已經(jīng)關(guān)閉了20 a以上,但是沉降區(qū)域面積仍然不小,甚至還有繼續(xù)上升的趨勢,因此推斷是由于礦區(qū)關(guān)閉后,頻繁的人類活動導(dǎo)致采空區(qū)的“活化”引起了地表下沉。

3.4 精度驗證

在上述分析的基礎(chǔ)上,本研究對SBAS-InSAR方法的可靠性進行進一步分析,結(jié)果如圖9所示。

圖9 SBAS-InSAR、PS-InSAR以及水準(zhǔn)測量結(jié)果對比Fig.9 Comparison of the results of SBAS-InSAR and PS-InSAR and leveling survey

圖9(a)是采用PS-InSAR得到的LOS向年平均形變速率結(jié)果,分析可知:PS-InSAR所獲結(jié)果的年平均形變速率為-30～-29 mm/a,而SBAS-InSAR的年平均速率為-33～-36 mm/a,兩者最大值差值為7 mm/a,具有高度一致性。同時分別選取SBAS-InSAR與PS-InSAR形變速率圖上的31 174個同名點進行擬合,擬合結(jié)果如圖9(b)所示。由圖9(b)可知:SBAS-InSAR與PS-InSAR兩者的均方根誤差(RMSE)為1.6 mm/a,相關(guān)系數(shù)為0.83,說明兩者在監(jiān)測結(jié)果上具有高度一致性,從監(jiān)測點空間密度上考慮SBAS-InSAR方法更具優(yōu)越性。

為了進一步驗證SBAS-InSAR監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性,將SBAS-InSAR獲取的LOS向形變值轉(zhuǎn)為垂直沉降,并提取與圖3中水準(zhǔn)點相同位置的形變值與對應(yīng)水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)進行對比,結(jié)果如圖9(c)所示(水準(zhǔn)數(shù)據(jù)獲取時間分別為2021年10月26日和2021年11月19日)。由圖9(c)可知:水準(zhǔn)數(shù)據(jù)與SBAS-InSAR監(jiān)測結(jié)果在形變趨勢上保持了一致性,同時最大絕對誤差為1.3 mm;由圖9(d)可知:水準(zhǔn)和InSAR擬合結(jié)果的空間相關(guān)系數(shù)為0.81,RMSE為0.3 mm/a。以上分析表明:SBAS-InSAR技術(shù)獲取的形變結(jié)果精度滿足實際需求。

4 結(jié) 論

(1)基于SBAS-InSAR技術(shù),提出了關(guān)閉礦井地表形變時空監(jiān)測與分析方法,利用2015年7月6日—2021年11月19日的171景Sentinel-1A SAR數(shù)據(jù),監(jiān)測并分析了徐州東部礦區(qū)閉礦后6 a內(nèi)的地表多維變形時空演化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)礦井關(guān)閉后早期地表大多呈下沉趨勢,而后會出現(xiàn)抬升趨勢。

(2)徐州東部關(guān)閉礦區(qū)內(nèi)地表最大沉降速率為-33 mm/a,累計最大沉降量為-219 mm;最大抬升速率為36 mm/a,累計最大抬升量為233 mm。將其結(jié)果與水準(zhǔn)數(shù)據(jù)對比,表明SBAS-InSAR技術(shù)獲取的形變結(jié)果精度能滿足實際需求。此外,監(jiān)測發(fā)現(xiàn)該區(qū)域地表最大傾斜與曲率值分別達到3.6 mm/m和-0.19 mm/m2,已經(jīng)超過了建筑物允許變形值,需要對其進行加固和保持持續(xù)監(jiān)測。

(3)本研究僅使用一種SAR數(shù)據(jù)來對關(guān)閉礦區(qū)進行地表形變監(jiān)測,將多源遙感數(shù)據(jù)進行充分融合,對礦區(qū)開采引發(fā)的多方面災(zāi)害進行研究和預(yù)測是后續(xù)關(guān)注的重點。