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基于D_InSAR的煤矿区开采沉陷遥感监测技术分析

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D-InSAR技术在矿区开采沉陷监测中的应用

D-InSAR技术在矿区开采沉陷监测中的应用
ｋ 左 右 ， ２是研 究 区在沛 县 的地理 位 置 ， 区开 采 区位 于 张 街 居委 会 、 姚 桥 新 飞 地 和 西 姚 桥 居委 会 ｍ 图 矿 东
的地 面下 ， 图 ２中红色边 框 区域 ． 即
图 ２ 研 究 区 略 图
域大、 快速 、 准确 等．
１ 差 分合成 孔径 雷达 （ － Ｓ Ｒ） Ｄ Ｉ Ａ 原理 ｎ
合 成孔 径 雷达 差 分 干 涉测 量 （ Ｉ Ｓ ｎ ＡＲ） 术 是 在 ＩＳ 技 ｎ ＡＲ
技 术 的基础 上发展 起 来 的 ， 以合 成 孔径 雷 达 （ ＡＲ） 是 Ｓ 复数 据 所提 供 的相位及 强 度信 息 为 信 息 源进 行 差 分 干 涉测 量 ，
为例 一５ ｍ， ６ｃ Ｒ￣８ ０ｋ 一 般情 况 下基 线 Ｂ ２ ０１ ， △Ｒ 一２ ８ｃ 地 表 形 变就 会 产 生一 个 ２（ ３ ｍ， ≤ ０ Ｉ则 Ｔ ． ｍ， 的 ７ 相位 变化 『 ． ４ ］
２ 研 究 区数 据及 处 理
２ １ 研 究 区概 况 ．
本文 选 择姚 桥煤 矿作 为研 究 区域 ， 姚桥 煤矿 位 于江 苏 省 徐州 市 西 北 大约 ８ ｍ 处 ， ２ｋ 南距 沛县 县 城 １ ７
关 键词 ：９ＩＳ １ ｎ ＡＲ； 面 沉陷 ；永 久散射 体 （ Ｓ － 地 Ｐ ）
中图法分 类 号 ： Ｐ ２ ． Ｔ ７２ ６
文 献标识 码 ： Ａ
０ 引 言
煤炭作 为我 国 的主要 能源 ， 占能 源消 费总 量 的 ７ ％左 右． 今 后相 当长 一 个 时 间 内 ， 国的第 一 能源 Ｏ 在 我
Ｄ ＩＳ －ｎ ＡＲ 技 术 在 矿 区 开 采 沉 陷 监 测 中 的 应 用
付 春 永 ，苗 小 利 ，冯 西 林 ．

基于INSAR技术的地表沉降监测方法与实践

基于INSAR技术的地表沉降监测方法与实践

基于INSAR技术的地表沉降监测方法与实践近年来，地表沉降问题引起了广泛关注。

地表沉降不仅给城市的建筑物、道路等基础设施带来严重的破坏，还可能导致地下水位下降、河流水域变浅等一系列环境问题。

因此，准确监测和预测地表沉降成为了防止灾害、合理利用地下资源的重要手段之一。

近年来，一种名为INSAR（Interferometric Synthetic Aperture Radar）的遥感技术被广泛应用于地表沉降监测。

INSAR技术利用卫星合成孔径雷达在多个时段获取的雷达波束图像，通过测量地表点在垂直方向上的变化，实现对地表沉降的监测。

INSAR技术通过对多幅波束图像进行干涉处理，可以获取地表点在不同时间段的相位差，从而推算出地表点在垂直方向上的位移。

在INSAR技术中，相位差的计算是关键步骤之一。

由于地球表面的复杂变化，相位差的计算过程十分复杂。

为了降低误差，INSAR技术需要准确校正卫星的轨道位置、卫星平台姿态等信息，并进行大气校正和地形校正等操作。

在沉降监测实践中，INSAR技术的应用已经取得了一定的突破。

以中国北方地区为例，由于地下水开采和自然地壳运动等原因，该地区存在着较为严重的地表沉降问题。

利用INSAR技术可以有效监测和分析这种地表沉降现象。

在进行地表沉降监测时，首先需要收集相应的卫星遥感数据。

通过对不同时间段的数据进行处理和分析，可以得到地表沉降的时空变化规律。

实践证明，INSAR技术在地表沉降监测中具有较高的精度和灵敏度。

除了INSAR技术，其他地表沉降监测方法也有一定的应用。

例如，GPS （Global Positioning System）技术可以通过监测地表点的坐标变化来判断地表沉降情况。

此外，激光雷达测量技术和微波辐射计也可以用于地表沉降监测。

这些方法在不同的监测场景中具有各自的优势和适用性。

对于地表沉降问题，及时采取合理的预防措施至关重要。

在监测到地表沉降现象后，应及时评估其对周围环境和基础设施的影响，并采取相应的修复和加固措施，以减小地表沉降带来的损失和影响。

基于D-InSAR的开采沉陷监测技术

基于D-InSAR的开采沉陷监测技术

基于D-InSAR的开采沉陷监测技术成枢;刘元;张洪胜【期刊名称】《测绘与空间地理信息》【年(卷),期】2013(036)006【摘要】分析了目前矿山地面沉降监测中存在的问题,研究了利用合成孔径雷达差分干涉测量技术进行矿山开采沉陷监测的数据处理流程与误差来源,丰富发展了矿山开采沉陷监测技术.%The paper analyses the problems of mining ground settlement monitoring and studies the data processing and error source of mining exploration by using D-InSAR which enriches the settlement monitoring techniques of mining exploration.【总页数】3页(P7-9)【作者】成枢;刘元;张洪胜【作者单位】山东科技大学测绘科学与工程学院,山东青岛266590;山东科技大学测绘科学与工程学院,山东青岛266590;山东科技大学测绘科学与工程学院,山东青岛266590【正文语种】中文【中图分类】P228.6【相关文献】1.基于D-InSAR与概率积分法的开采沉陷监测与预计 [J], 杨俊凯;陈炳乾;邓喀中;何强;赵伟颖2.基于D-InSAR技术的煤矿区开采沉陷监测 [J], 李晶晶;郭增长3.D-InSAR技术和支持向量机算法在矿山开采沉陷监测与预计中的应用可行性研究 [J], 桂阿娟4.基于D-InSAR的露天矿开采沉陷监测技术分析 [J], 吴事文5.基于D-InSAR的煤矿区开采沉陷遥感监测技术分析 [J], 吴立新;高均海;葛大庆;殷作如;邓智毅;刘宏军因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

D-InSAR技术在矿区开采沉陷变形监测中的应用

D-InSAR技术在矿区开采沉陷变形监测中的应用

D-InSAR技术在矿区开采沉陷变形监测中的应用刘哲;吴洪涛;刘潇鹏【期刊名称】《科技创新与生产力》【年(卷),期】2015(000)007【摘要】通过研究D-InSAR技术测量原理以及技术优势，分析了GPS与D-InSAR的技术特点与互补性，探讨了GPS与D-InSAR技术融合的理论与方法，提出了利用GPS与D-InSAR融合技术监测矿区地表形变的有效手段。

%This paper studies the new earth observation technology D-InSAR technology measuring principle and technology advantage, it analyzes the he technical features and complementary of GPS and D-InSAR, discuss the GPS and D-InSAR technology integration theory and method, using GPS and D-InSAR fusion technology monitoring surface deformation of the effective means.【总页数】3页(P82-84)【作者】刘哲;吴洪涛;刘潇鹏【作者单位】安徽理工大学测绘学院，安徽淮南232000;安徽理工大学测绘学院，安徽淮南 232000;安徽理工大学测绘学院，安徽淮南 232000【正文语种】中文【中图分类】TD325.4;P225.1【相关文献】1.D-InSAR技术在矿区开采沉陷中的应用及发展趋势 [J], 戴松2.D-InSAR在矿区开采沉陷监测中应用的探析 [J], 何亚倩;郑宇;何晴倩3.PC机串口通信在矿区铁路开采沉陷变形监测中的应用 [J], 任占营;周勇4.D-InSAR技术在矿区开采沉陷监测中的应用 [J], 付春永;苗小利;冯西林5.D-InSAR技术在矿区开采沉陷变形监测中的应用 [J], 刘哲;吴洪涛;刘潇鹏;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于ArcGIS的煤矿开采沉陷预测与可视化分析

基于ArcGIS的煤矿开采沉陷预测与可视化分析

基于ArcGIS的煤矿开采沉陷预测与可视化分析石秀伟;李晶;赵换新;王凤娇;张瑞娅【摘要】以山东平原矿区某新开发矿区为研究对象,应用基于概率积分法的MSPS 软件对其首采区的开采沉陷情况进行了模拟开采预测；利用ArcGIS强大的空间分析和图形显示功能对预测结果进行了可视化分析和三维立体显示；将预测结果与实际沉陷情况进行了对比,结果表明:预测结果真实地反映了开采沉陷对周围环境的影响范围及影响程度,可为该新开发矿区的采煤塌陷的提前治理及压煤村庄的搬迁选址提供真实、科学的依据.%The mining subsidence at first mining district of a coal mine at Shandong plain mining area was forecast by the Mining Subsidence Forecasting System software based on the probability integral method. The prediction results were analyzed by the 3D model of ArcGIS,which reflected the situation of mining subsidence in the form of Three-dimensional graphics. Compared with the actual situation,the accuracy of the forecast result is verified. It reduces the losses caused by mining subsidence and provides an intuitive and effective basis for controlling mining subsidence.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2012(000)009【总页数】5页(P103-106,166)【关键词】开采沉陷;ArcGIS;概率积分法;可视化分析【作者】石秀伟;李晶;赵换新;王凤娇;张瑞娅【作者单位】中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院【正文语种】中文开采沉陷是一个在时间和空间上都非常复杂的过程。

融合D-InSAR技术与ArcGIS软件的矿区开采沉陷监测

融合D-InSAR技术与ArcGIS软件的矿区开采沉陷监测

融合D-InSAR技术与ArcGIS软件的矿区开采沉陷监测魏海霞;高照忠;叶长斌【摘要】The satellite revisit cycle of the differential interferometry synthetic aperture radar technology ( D-InSAR) is long,which results in the precise of the mining subsidence monitoring of D-InSAR technology is low. So,it cannot meet the re-quirement of mining subsidence monitoring. In order to overcome the above shortcomings of D-InSAR technology,taking a min-ing area of Shuangyashan city as an study example,the mining subsidence is analyzed based on D-InSAR technology and Arc-GIS software. Firstly,three TerraSAR images in C bands of October~November in 2014 in the mining area are selected as the interference imagedata,three pairs of interferometry images are obtained;then,according to the defects of baseline error,atmos-phere error,terrain error and time losing correlation of the interferometry images,taking the GAMMA software as the study plat-form,based on the fine two-pass D-InSAR mode,the interferometry images are processed by using registration method,baseline estimation method and phase unwrappingmethod;finally,the superposition of the interferometry images and mining plane,min-ing plan and leveling measurement data are conducted to analyze the dynamic distribution location of the subsidence mining ar-eas,besides that,the mining subsidence is conducted quantitative analysis by taking the interferometry images into ArcGIS soft-ware. The study results show that the interval of the 1,2,3 pair of interferometry image are11,22,33 d respectively,the maxi-mum mining subsidence values of the three intervals are 40,41,45 mm respectively,the average mining subsidence value is 0. 86 mm/d,the average mining subsidence value obtained by leveling measurement is 0. 92 mm/d in the same period,which further show that the precise of the mining subsidence monitoring method proposed in this paper is ideal.%合成孔径雷达差分干涉测量技术(D-InSAR)存在卫星重访周期较长的不足,导致矿区开采沉陷监测精度不高,难以适应矿区开采沉陷动态监测的要求.为此,以双鸭山某矿区为例,将D-InSAR技术与ArcGIS软件进行有机结合进行开采沉陷监测分析.首先选择该矿区2014年10—11月3景C波段TerraSAR影像作为干涉影像数据,构成了3个干涉影像对;然后针对In-SAR干涉影像存在的基线误差、大气误差、地形误差以及时间失相关等,以GAMMA软件为平台,通过精细二轨D-InSAR模式,进行干涉影像对配准、基线估计、相位解缠处理,提高D-InSAR干涉影像精度;最后将D-InSAR差分干涉影像与开采平面、开采计划以及水准测量数据进行叠加,分析矿区开采沉陷区域的空间动态分布位置,并将D-InSAR差分干涉影像导入ArcGIS软件对矿区开采沉陷进行定量分析.研究表明:干涉影像对1、2、3的时间间隔分别为11,22,33 d,期间矿区的最大沉陷量分别为40,41,45 mm,平均沉陷量为0.86 mm/d,区内同期水准测量获得的沉陷量平均为0.92 mm/d,可见,融合D-InSAR技术与ArcGIS软件的开采沉陷监测方法有一定的精度.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2016(000)011【总页数】4页(P128-131)【关键词】开采沉陷;D-InSAR;ArcGIS;干涉影像;GAMMA;相位解缠【作者】魏海霞;高照忠;叶长斌【作者单位】广东工贸职业技术学院测绘遥感信息工程系,广东广州510510;广东工贸职业技术学院测绘遥感信息工程系,广东广州510510;山东正元数字城市建设有限公司,山东烟台264670【正文语种】中文【中图分类】TD325利用D－InSAR技术可得到具有较高精度的地表垂直变形信息，相对于传统水准测量、GPS差分测量、三维激光扫描技术、全站仪三角高程测量等方法，具有高分辨率、高覆盖度、全天候测量、低成本等优点［1－4］。

D-InSAR技术在煤矿区沉陷监测中应用

D-InSAR技术在煤矿区沉陷监测中的应用摘要：d-insar是近年来发展比较迅速的微波遥感技术，它具有全天候、全天时、覆盖面广、高度自动化和高精度监测地表变形的能力，已成为具有很大潜力的空间对地观测新技术。

详细推导了合成孔径雷达差分干涉测量( d-insar) 技术的基本原理，分析了d-insar技术在矿区沉陷监测中的问题，并结合新技术对存在的问题提出了解决方案，从而使d-insar技术可以对煤矿区地面沉陷得到更有效的监测。

关键词：合成孔径雷达；差分干涉测量；开采沉陷；监测0 引言我国作为一个煤炭资源开采大国，煤炭资源开采造成大面积的地表形变，不仅对地表的建筑物、道路、农田造成不同程度的破坏，而且影响了矿区和周边地区的生态环境。

及时、准确地监测矿区地面沉陷及其发展过程是煤矿区面临的重要任务。

近年来，迅速发展起来的合成孔径雷达差分干涉测量(d-insar，differential interferometric synthetic aperture radar)技术可以高精度监测地表的微小地形变化[2]，是水准测量和 gps 测量的有效补充，将其应用到矿山开采沉陷监测当中，可以对地下煤炭开采引起的地表变形进行自动化、全天候、连续空间覆盖的监测。

由此可见，应用 d-insar 技术进行矿区地表形变监测将是今后矿区地表形变监测发展的趋势。

1. d-insar技术提取地表形变的基本原理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。

图1是差分干涉测量的成像几何示意图。

假设a1和a2是第一次干涉处理时的卫星成像天线，p点地表未发生形变，则其获得的是不包含地形形变的干涉相位，称其为干涉纹图1； a1和a2′是第2 次干涉处理时的卫星成像天线,且在a2′成像前,地表p点出现了微量形变，其获得的是包含了地形形变相位和其他相位的干涉相位，称其为干涉纹图2；可利用干涉纹图1和干涉纹图2干涉相位之差来获取反映地表沿雷达视线向移动的形变相位。

浅析D-InSAR在煤矿开采沉陷监测中的应用


点， 能够提 供 矿 区 短周 期 内空 间连 续 曲 面 的形 变信
息， 可满 足沉 陷监测 要求 ， 弥补 地 面 传 统测 量 离 散 点 的不 足 ， 测成 本低 ； 监 图像 的空 间分 辨率 一般 在 １ ０ｍ 到 ３ 可提供 矿 区高 水 平 和 垂 直分 辨 率 的三 维数 ０ ｍ， 字 模型 ； 获取一 幅 罔像 的 时 间 一般 为 ３到 ３ ５天 ， 监
摘要 ： 文章通 过分析 合 成孔 径 雷达差 分干 涉测 量（ ＩＳ Ｒ） 术在 矿 区的 应 用 ， Ｄ— ｎ Ａ 技 为矿 区开 采沉 陷监
测怕进 一步研 究 和应 用提供 新 的技 术方 法 ， 而 弥补 常规 沉 陷监 测技供 更 多数据 。该文 分析 了国 内外合 成孔 径 雷达 干 涉 测量 （ｎ Ａ 和 Ｄ—ＩＳ Ｒ技 术 发展 及 其 在 ＩＳ Ｒ） ｎＡ 矿 区地 表 沉陷监 测 中的应 用成 果和 存在 的 问题 ， 出一 些解 决 方 法 ， 为 实现 煤矿 区 开采 沉 陷 实时 提 并 动监测 等提供 技 术 支持 。
Ｄ—ＩＳ Ｒ技术 是 ＩＳ Ｒ技术 的扩 展 ， 干成 像 ｎＡ ｎＡ 相
也 是雷达 干 涉 测 量 的 出 发点 ， 过 在 星 载 或 机 载 的 通
雷 达 天线 （ 天 线 或是 双 天 线 ） 现 在一 般 采 用 星 载 单 ， 系统 主动 向地 面 目标 发 射 电 磁 波 ， 接 收 地 面 目标 并
的后 向散 射 回波 ， 由于 两 幅 天 线 和 观 测 目标 之 间 的
几何关 系 ， 同一 目标 对 应 的两 个 回波 信 号 之 间产 生 了相 位差 ， 过 图像 的联合 处 理 提取 相 位 差 图 ， 通 即干
这 种精 度 ， 可用 于监 测地 壳形 变 幅度 较大 的地 区。

基于GAMMA的DInSAR技术在矿区地面沉降监测中的应用


文献综述
文献综述
干涉合成孔径雷达（InSAR）技术是一种利用微波雷达干涉测量地表形变的技 术。自20世纪90年代问世以来，InSAR技术在地质灾害监测、土地资源调查、城 市沉降监测等领域得到了广泛应用。在矿区沉降监测方面，InSAR技术能够有效 监测矿区的微小形变，具有高精度、高分辨率、大范围监测等优势，为矿区安全 生产提供了可靠的科技支撑。
星载雷达干涉测量技术在地壳运 动监测中的应用
星载雷达干涉测量技术在地壳运动监测中的应用
地壳运动是引起地面沉降的主要原因之一。星载雷达干涉测量技术通过连续 监测地壳运动，能够及时发现和预测地面沉降。例如，通过分析星载雷达干涉测 量数据，可以计算出地壳运动的速率和方向，进而推断出地面沉降的发展趋势。 此外，星载雷达干涉测量技术还可以用于地震活动的监测，为地震预测提供重要 的数据支持。
技术原理
技术原理
InSAR技术主要依赖于干涉测量原理，通过两幅或多幅雷达图像的相位差来计 算地表形变。在矿区沉降监测中，InSAR首先通过卫星或无人机等载体获取矿区 的雷达图像，然后利用相位差算法提取矿区的微小形变信息。此外，InSAR技术 还结合了卫星定位技术、数据采集技术和数据处理技术等，以实现高精度、高效 率的沉降监测。
研究方法
研究方法
使用InSAR技术进行矿区沉降监测的研究方法主要包括以下几个步骤：
研究方法
1、数据采集处理：通过卫星或无人机等载体获取矿区的雷达图像，并进行预 处理，如辐射定标、地理编码等。
研究方法
2、相位差计算：将预处理后的雷达图像进行干涉处理，计算图像间的相位差， 并生成干涉图。
研究方法
基于GAMMA的DInSAR技术在矿区 地面沉降监测中的应用
基本内容

融合D-InSAR和Offset-tracking技术的矿区沉降信息提取

融合D-InSAR和Offset-tracking技术的矿区沉降信息提取刘沂轩;杨俊凯;范洪冬;杜珍应;曹久立【摘要】矿区开采沉陷具有沉降速度快、量值大的特点,针对使用合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术很难正确获取煤炭开采引起的地表下沉全盆地信息的问题,提出融合D-InSAR和Offset-tracking技术提取矿区沉降信息的方法.试验以陕西某矿52304工作面为例,分别采用D-InSAR和Offset_tracking技术提取了下沉盆地微小及大梯度形变信息,分析了D-InSAR中失相干问题和Offset_tracking的监测优势,最后将两者得到的结果进行融合,获取了工作面上方的时序形变图,实例中最大下沉处的相对误差为0.5％～7.3％.结果表明,Offset-tracking可以有效解决D-InSAR无法监测矿区大梯度沉降的问题,该方法可为矿区开采沉陷监测提供新的技术手段.%Mining Subsidence has a characteristics of fast rate and large magnitude.Currently,through using of synthetic aperture radar interferometry (InSAR) technology is difficult to get correct information on the whole basin surface subsidence caused by coal mining.To solve this problem,a new method is proposed which is combined D-InSAR and Offset_tracking technology to extract deformation mining subsidence.Firstly,subsidence basin boundary is obtained and established by using D-InSAR.The subsidence basin edge is generated byOffset_tracking technology.Secondly,the loss-related problems in D-InSAR and the advantages of Offset_tracking are analyzed.Finally,combine with the inversion of the basin center and D-InSAR acquired boundary,the time series deformation value above the working face is obtained.The relative error of maximum subsidence point is from 0.5 ％ to 7.3 ％.Theexperimental results show that this method can effectively solve the problem which InSAR technology can not monitor large gradient deformation in mining subsidence,.It provides a new idea for the application of InSAR technology in mining subsidence monitoring.【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(036)005【总页数】6页(P47-52)【关键词】D-InSAR;Offset-tracking;开采沉陷;矿区沉陷信息【作者】刘沂轩;杨俊凯;范洪冬;杜珍应;曹久立【作者单位】江苏省水文水资源勘测局徐州分局,江苏徐州221006;中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州221008;中交上海航道勘察设计研究院有限公,上海200120;中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州221008;中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州221008;江苏省水文水资源勘测局徐州分局,江苏徐州221006;江苏省水文水资源勘测局徐州分局,江苏徐州221006【正文语种】中文【中图分类】TD353煤炭是我国的主体能源，长期占据着我国一次性能源消费结构的65%以上，因此，煤炭资源合理开发和利用对于促进国民经济和生态环境和谐发展具有重要意义。

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GPS 点 、线信息
毫米 较短/ 快 全天候
较高 快
D-InSAR 点 、线 、面信息 亚毫米 、毫米
短/ 快 全天候
低 快
D-InSAR 利用遥感卫星多时相的复雷达图像 相干信息进行地表垂直形变量的提取 ,其精度达到 了厘米级甚至毫米级[7] 。SAR 能穿透云层且没有昼
表 2 商业卫星 SAR 系统 Table 2 SatelliteSARs ystemforbusinessa pplication
欧空局 美国 美国 加拿大
发射 时间
2000 2002 2002 2002
卫星高 空间分 扫描带 重访 度/km 辨率/m 宽/km 周期
79915 440
30 50～100 35 d
30
85 双天线
565
30
85
1h
793～821 9～25 50～500 24 d
213 D-InSAR 在区域地表沉降监测中的应用 1989 年 ,Gabriel 、Goldstein 和 Zebker 首次使用
第
20 卷 第 2 2004 年 3 月
期
地
Geograph
理与地理信息科学 yandGeo-InformationScience
Vol.20 No.2 March2004
基于 D-InSAR 的煤矿区开采沉陷遥感监测技术分析
吴 立 新1 ,高 均 海1,2 ,葛 大 庆1 ,殷 作 如1,3 ,邓 智 毅1,3 ,刘 宏 军1,3
等诸多领域中得到应用[5] 。
2.2 合成孔径雷达卫星系统
1.2 D-InSAR 在煤矿区开采沉陷监测中的优势
20 世纪 90 年代后 ,SAR 卫星发展迅猛 (见文献
对于区域动态监测而言 ,使用差分 GPS 技术动 [5] 和文献[10] ) ,表 2 、表 3 分别列举了现有的几种
态监测地表点的位移则丧失其优势 。以一景典型的 商用卫星 SAR 系统及近几年发射的雷达卫星系统 。
SAR 是一种使用微波探测地表目标的主动式成 像传感器 ,具有全天候 、全天时成像能力 ,并能穿透 某些地物表面 。经过预处理后的 SAR 图像与一般 的可见光和近红外遥感图像有着本质区别 :SAR 图 像的每一分辨元的影像信息记录地表反射的能量大
收稿日期 :2004-01-06; 修订日期 :2004-01-15 基金项目 :教育部“高校青年教师奖”专项基金 ;开滦集团科技资助项目 作者简介 :吴立新 (1966- ) ,男 ,教授 ,博士生导师 ,从事 3DGIS 、3DGMS 、数学矿山 、动态遥感研究与教学 。
表 1 D-InSAR 与常规水准测量及 GPS 测量的比较 Table 1 ComparisonbetweenD - InSAR,normalsurve yandGPS
测量方式 沉降信息量
精 度 周期/ 速度 作业条件
成 本 数据处理
经典精密水准 点 、线信息 毫米 长/ 慢 根据天气 高 慢
18
75
44
加拿大 1995111 793～821 9～25 50～500 24
表 3 近年发射的卫星 SAR 系统 Table 3 RecentlaunchedsatelliteSARs ystem
卫星 SAR 系统
Envisat Toposat-1 Toposat-2 Radarsat-2
发射 国家
差分干涉方法利用 SEASAT-SAT 数据 ( SEAST 于 1978 年 28 日发射 ,SAR 成像任务持续时间 105d,
夜之分 (全天候) ,一次能覆盖几百至上千平方千米 范围 ,利用该地区不同时期复雷达图像中任意时间 间隔的 2 张图像进行干涉处理 ,可以获得整个覆盖
使用 L 波段) 对美国 California 的 ImperialValle y 区 域进行了垂直位移监测的试验 。此后 ,星载 SAR 数 据 (尤其是 ERS-1/2 和 JERS-1SAR 数据) 和航天
© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
第 2 期 吴立新等 :基于 D-InSAR 的煤矿区开采沉陷遥感监测技术分析
回顾矿山开采沉陷 ,其监测技术手段已由传统的 经纬仪测坐标 、钢尺测边长 、水准仪测高程发展到使 用全站仪同时测三维坐标。近年 ,随着空间对地观测 技术的发展 ,传统测量方法已逐渐为周期短、精度高、 布网迅捷的 GPS监测方法所替代[4] ,较好地解决了地 表某点连续动态变化监测的问题。尽管利用 GPS 并 结合电子测距及常规测量手段可以取得较高的精度 , 但仍然面临一些基本问题 :1) 基准点的稳定性 ;2) 观测 周期长 ;3) 垂直向精度较低 ;4) 由沉降点、线数据构建 沉降面必须经过数值内插 ,难以保证结果的精度等。
径雷达干涉技术对金星和月球表面进行观测[8] 。近十
我国近年也开始了 D-InSAR 技术的应用实践。
年来 ,欧美等发达国家已开始研究如何使用该技 的天
大规模的数字高程模型(DEM) 和监测地表形变[6] 。
津地区复雷达图像数据 (重复轨道 SAR 数据 ) 处理
范围内与成像时期相对应的沉降位移数据 ,使得矿 飞机 SAR 数据 (如 SIRC/X 、SAR) 不断被用于地表
区及更大范围的地表沉降数据的获取十分迅速 ,以 变形监测研究 。近年 ,随着 D-InSAR 研究的不断
至可以接近准实时动态监测 。
深入 ,开始利用 D-InSAR 技术进行城市地面沉降
D-InSAR 通过两副天线同时观测 (单轨模式) ,或两 测到的沉降残余均方误差 ( RMS) 为 1111cm [10] 。香
次近平行的观测 (重复轨道模式) ,获取地面同一景观 港理工大学使用 D-InSAR 技术测量香港赤腊角机场
© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
值 ,可以表达整个区域场的沉降趋势 ,且测量精度达 因此 ,利用传感器高度、雷达波长、波束视向及天线基
毫米级 ,被认为是前所未有的地表变形监测的空间 线距之间的几何关系 ,可以精确地测量出图像上每一
观测技术 ,可以在城市 、农业 、林业 、地质 、矿业 、海洋 点的三维位置及其微小变化信息[9,10] 。
2 D-InSAR 技术及其在区域地表沉降监测 中的应用
InSAR技术的发展 ,始于 1969 年首次应用合成孔
监测并取得成果 ,如墨西哥的墨西哥城 、意大利的博 洛尼亚和那波利 、法国的巴黎 、美国的拉斯维加斯 、 英国的 Bristol 和 Cardiff 等城市的监测研究 ,监测精 度可达到毫米级[11] 。
2.1 干涉测量及差分干涉测量原理
后 ,将 1995 、1997 年中由重复水准测量求得的地面沉
SAR和 D-InSAR 的原理是根据合成孔径雷达 降等值线图与由 D-InSAR 得到的基于干涉条纹的沉
复数据的相位信息来提取地表的三维信息及其变化。 降线图进行比较 ,两者结果一致或相似 ,D-InSAR 监
卫星 SAR 系统
ERS-1 ERS-2 JERS-1 Radarsat-1
发射 发射 卫星高 空间分 扫描带 重访
国家 时间 度/km 辨率/m 宽/km 周期/d
欧空局 199117 782～785 30 10215 35
欧空局 199514 782～785 30 10215 35
日本 199212 568
(1. 中国矿业大学 3S 与沉陷工程研究所 ,北京 100083;2. 煤炭科学研究总院唐山分院 ,河北 唐山 063012; 3. 开滦 (集团) 有限责任公司 ,河北 唐山 063000 )
摘要 :该文在综合分析国内外开采沉陷监测技术现状 、合成孔径雷达干涉测量 ( InSAR) 和差分干涉测量 (D-In 2 SAR) 技术发展及其在地表沉陷监测中应用成果的基础上 ,分析了 D-InSAR 技术在煤矿开采沉陷变形监测中的特 点与技术优势 。指出 :应用 D-InSAR 进行煤矿区开采沉陷监测的具体目标是矿区地表沉降演变过程分析 、采区 地表沉陷动态监测与分析和矿区 DEM 数据更新 ;亟须研究解决的关键技术问题有 :源数据获取与选择 、数据处理 方法 、地面配合措施 、精度与可靠性评价 、多源信息集成分析等 。D-InSAR 为煤矿区地表时空演变过程研究和开 采沉陷实时动态监测提供了新的技术方法 ;作为“数字矿山”的重要内容 ,D-InSAR 可以有效地指导矿区生产 、整 体规划与长远发展 ,并为矿区可持续发展服务 。 关键词 :D-InSAR; 开采沉陷 ;遥感监测 ;数字矿山 ;可持续发展 中图分类号 : TP79;TD82 文献标识码 :A 文章编号 :1672-0504 (2004) 02-0022-04
随着科学技术的进步 ,矿区开采沉陷与变形监 测手段得到快速发展 。作为空间测量技术的一个重 要分支 ———空间对地观测技术特别是合成孔径雷达 (SyntheticA pertureRadar,SAR ) 测量技术近年发展 迅速 ,其中合成孔径雷达干涉测量 ( Interferometric SAR,InSAR ) 方法已进入一个新的阶段 ,可以利用合 成孔径雷达差分干涉测量 (DifferentialSARInter 2 ferometr y,D-InSAR ) 的连续空间覆盖 、高度自动化 和高精度监测地表变形的能力 ,来探测地表的微小变 形。目前 ,D-InSAR 利用遥感卫星多时相的复雷达 图像相干信息 ,进行地表垂直形变量的提取 ,其精度 已经达到了毫米级[1,2] ,该技术为地表变形的自动化 监测提供了全新方法 ,具有常规观测手段无法比拟的 优势。本文介绍 InSAR 和 D-InSAR 的技术发展及 其在地表变形监测中的应用成果 ,论述 D-InSAR 技 术在矿山开采沉陷变形监测中的特点与优势 。DInSAR 是“数字矿山”建设[3] 中数据获取的重要手段 , 为推动 D-InSAR 技术在矿区开采沉陷监测中的实际 应用 ,促进矿区开采沉陷监测新技术的发展 ,亟须研 究解决 5 项关键技术。