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浅谈基于InSAR的南票煤矿开采沉陷区沉降量外业检核

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第３８卷第４期　
２０１５年４月　

测绘与空间地理信息　

ＧＥＯＭＡＴＩＣＳ＆ＳＰＡＴＩＡＬ　ｌＮＦＯＲＭＡＴｔＯＮ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　
Ｖｏ１．３８，Ｎｏ．４　

Ａｐｒ．，２０１５　

浅谈基于ＩｎＳＡＲ的南票煤矿开采　
沉陷区沉降量外业检核　

仇国军　
（辽宁省基础测绘院。辽宁锦州１２１０００）　
摘要：经过时间序列ＩｎＳＡＲ技术处理后，得到监测时间段内南票区的地面形变平均速率、累计形变量、时间序　
列形变量，确定沉降区域。本文通过南票煤矿开采沉陷区基岩点、基本水准点、监测点布设以及这些点测量工　
作，提出山区采用水准测量和ＧＰＳ测量联合方法，实现沉陷区沉降量核查。　
关键词：二等水准；ＩｎＳＡＲ；监测点；ＧＰＳ　
中图分类号：Ｐ２５８　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—５８６７（２０１５）０４—０２０３—０２　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　Ａｍｏｕｎｔ　Ｅｘｔｅｒｎａｌ　Ｃｈｅｃｋ　ｏｆ　Ｌａｎｄ　Ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ　
ｉｎ　Ｎａｎｐｉａｏ　Ｃｏａｌ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＩｎＳＡＲ　

ＱＩＵ　Ｇｕｏ—ｊａｎ　
（Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｂａｓｉｃ　Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｐｐｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｊｉｎｚｈｏｕ　１２１０００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｏｆ　ｔｉｍｅ　ｓｅｒｉｅｓ　ＩｎＳＡＲ（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ　Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ　Ａｐｅｒｔｕｒｅ　Ｒａｄａｒ）ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｌａｎｄ　ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ　ａｖｅｒａｇｅ　
ｒａｔｅ，ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｉｍｅ　ｓｅｒｉｅｓ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｎａｎｐｉａｏ　ａｒｅａ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｕｒｓｅ　ｏｆ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｒｅ　ｇｏｔ，ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ　ｓｕｂｓｉｄ—　
ｅｎｃｅ　ａｒｅａ　ｉｓ　ｄｅｔｅｃｔｅｄ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｂｙ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　Ｎａｎｐｉａｏ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｉｎｇ　ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ　ｂｅｄｒｏｃｋ　ｐｏｉｎｔ，ｂａｓｉｃ　ｂｅｎｃｈ　ｍａｒｋ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｌａｙｏｕｔ　ｏｆ　
ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｐｏｉｎｔｓ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｗｏｒｋ，ａ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｅｖｅｌ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ＧＰＳ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ａｎｄ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｉｎ　
ｔｈｅ　ｍｏｕｎｔａｉｎ　ａｒｅａ，ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｎｇ　ｔｏ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ａｍｏｕｎｔ　ｃｈｅｃｋ　ｉｎ　ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ　ａｒｅａ．　
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｈｅ　ｓｅｃｏｎｄ　ｏｒｄｅｒ　ｌｅｖｅｌｉｎｇ；ＩｎＳＡＲ；ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｒｅａ；ＧＰＳ　

Ｏ　引　言　
自从１９７４年Ｇｒａｈａｍ首次提出合成孔径雷达干涉测　量（ＩｎＳＡＲ）的思想以来，ＩｎＳＡＲ技术得到了飞速发展，并　为地面沉降监测提供了全新的技术手段。２０世纪９０年　代末，时间序列ＩｎＳＡＲ技术的出现进一步完善了ＩｎＳＡＲ　技术。在我国，从１９９７年起，研究人员就开始进行合成孔　径雷达干涉测量和差分干涉测量的研究，主要表现在地　震形变监测、城市地下水和矿产资源开采地面沉降监测、　南极冰川运动监测以及滑坡监测等研究。　南票区作为煤炭资源型地区，资源的开发利用与环　境综合治理是该地区面临的重大难题。采用ＩｎＳＡＲ技术　进行地面沉降监测，能够准确快速查明该地区环境的现　状，尤其是煤矿开采区塌陷的状况；能够确定监测时间段　内南票区地面的形变量、形变范围以及形变速率；能够预　测可能的塌陷区，为科学搬迁提供决策。同时，在数据分　析的基础上，能够预防塌陷区可能存在的自然灾害风险。　从成因和破坏形式看，南票煤矿开采沉陷区的沉陷具　有如下特点：南票矿区井田内由于多煤层开采和单一特厚　煤层复采，使煤层上覆岩产生严重破坏，导致地面下沉与形　
变，而且持续时间较长，对地面建筑物产生重复破坏；煤层　
由于开采长度短，加之断层、褶皱及火成岩侵入导致开采不　
充分，部分采空区残留煤柱将影响煤层顶板充分垮落，受水　
融、地震等其它不确定因素影响，可能在不可预测的时间内　
突然局部垮落，引起地表骤然下沉，形成沉陷漏斗或断裂性　
破坏；南票矿区地处低山丘陵地区，煤层倾斜或急倾斜易　
导致煤层底板发生滑动，造成地表非正常连续破坏；煤层下　
山方向地表下沉盆地外边缘区产生张裂缝。由于下沉不均　
匀而引起的地表倾斜，与原山体坡度迭加后，将使山体坡度　
变缓或变陡，甚至可能引起山体滑坡灾害。　

１　基岩点基本水准点监测点布设与测量　
１）基岩点基本水准点监测点布设　
项目中采用２３景１０　ｍ分辨率的ＡＬＯＳ—ＰＡＬＳＡＲ数　

收稿日期：２０１５—０１—２０　
作者简介：仇国军（１９６０一），男，山东莱西人，助理工程师，主要从事大地测量、工程测量、地籍测量、海洋测量等１Ｉ二作。

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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 ．
D_InSAR技术应用于矿区开采沉陷的监测分析_刘慕溪

D_InSAR技术应用于矿区开采沉陷的监测分析_刘慕溪

Ｄ－ＩｎＳＡＲ技术应用于矿区开采沉陷的监测分析刘慕溪1刘冬2（1.广东省核工业地质局测绘院广东广州510800；2.株洲市规划设计院湖南株洲412000）摘要：文章分析了合成孔径雷达差分干涉测量技术（D-InSAR）相比较于传统监测手段的优势，作者采用二轨法D-InSAR技术，利用西山煤电古交矿区2个时段的TerraSAR-X数据，获取了该矿区试验时间段内的地面形变图，指出了处理D-InSAR数据过程中发现的一些问题，并对该技术用于监测矿区地表沉降进行展望。

关键词：D-InSAR；二轨法；矿区地面沉降；数据处理0引言合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术诞生于20世纪60年代末，它是由雷达影像复数据推导出的雷达信号的信息作为信息源，并利用这些相位信息提取地表三维信息的一项技术。

InSAR技术是利用获得的同一区域的SAR复数影像，对同一个地物的回波信号进行干涉，确定该地区的干涉纹图，并且对相位信号进行分析，确定该区域的DEM或是形变信息。

D-InSAR是在InSAR技术上进一步发展而来的，通过比较两幅或多幅同一地区的SAR影像的相位变化（干涉图），从干涉图导出视线方向距离的变化，从而反推出地表形变，因此可以用来监测地表目标的水平和垂直运动。

合成孔径雷达干涉测量具有全天时、全天候、广覆盖、高分辨率等优点，在地表形变的相关领域中得到了广泛的应用。

1989年美国人Gabriel等人利用Seasat L波段SAR数据测量了加利福尼亚东南部的英佩瑞尔河谷灌溉区的地表形变［1］，首次论证了D-InSAR技术可以用于监测厘米级的地表形变。

之后，到20世纪90年代后期，部分学者通过实验证实D-InSAR技术对地球表面形变监测的精度可以达到毫米级。

但是目前来看，D-InSAR技术具有仪器噪声、卫星轨道误差、大气延迟、时间去相干、空间去相干、外部DEM估计误差、残差地形相位以及处理过程中的误差等；煤矿区的植被覆盖变化引起的地表反射特性变化，导致干涉相位在时变和地面散射体失相关，有时甚至得不到有用的干涉图［2］。

浅析D-InSAR在煤矿开采沉陷监测中的应用

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。
InSAR技术在矿区沉降监测中的应用研究

InSAR技术在矿区沉降监测中的应用研究

InSAR技术在矿区沉降监测中的应用研究刘广;郭华东;Ramon Hanssen ;Zbigniew Perski;李新武;岳焕印;范景辉【期刊名称】《国土资源遥感》【年(卷),期】2008(000)002【摘要】介绍了应用InSAR技术监测矿区地表沉降以及地下开采活动的原理; 利用重轨差分InSAR技术获得了峰峰矿区地表ENVISAT和JERS 1的雷达形变干涉相位图;分析了在矿区地表沉降过程中ENVISAT C波段和JERS 1 L波段形变干涉相位图的相干特性、相位特性以及干涉测量技术在矿区地表沉降监测中应用的可行性和局限性.实验结果表明,利用C波段和L波段雷达数据可以实施对矿区地表沉降的监测,但是C波段雷达受到空间干涉基线的限制更加严格,如果要实现对矿区地表沉降的监测,需要充分利用每个卫星回访时期的雷达数据,建立长时序的星载雷达形变干涉相位图序列,才能较好地实现矿区地表沉降监测.【总页数】7页(P51-55,插7-插8)【作者】刘广;郭华东;Ramon Hanssen ;Zbigniew Perski;李新武;岳焕印;范景辉【作者单位】中国科学院遥感应用研究所,遥感科学国家重点实验室,北京,100101;中国科学院遥感应用研究所,遥感科学国家重点实验室,北京,100101;Department of DEOS, Delft University, the Netherlands, 2629 HS;Department of DEOS, Delft University, the Netherlands, 2629 HS;中国科学院遥感应用研究所,遥感科学国家重点实验室,北京,100101;农业部资源遥感与数字农业重点开放实验室,北京,100081;中国科学院电子学研究所,微波成像技术国家级重点实验室,北京,100080;中国科学院遥感应用研究所,遥感科学国家重点实验室,北京,100101;中国国土资源航空物探遥感中心,北京,100083【正文语种】中文【中图分类】TP722.6;P407.7【相关文献】1.基于GAMMA的D-InSAR技术在矿区地面沉降监测中的应用 [J], 谭庆2.SBAS InSAR技术在矿区地面沉降监测中的应用 [J], 丁刘建;陶秋香;高腾飞;李新;孙翠羽3.SBAS-InSAR技术在矿区地面沉降监测中的应用研究 [J], 谭庆4.Stacking-InSAR技术在矿区地表沉降监测中的应用 [J], 杨光欣;朱煜峰;张龙刚5.SBAS-InSAR技术在矿区地表沉降监测中的应用 [J], 王建;祁鑫博;王丽华;王子豪因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。