吴事文

（江西都昌金鼎钨钼矿业有限公司，江西 九江 332600）

伴随科学技术的进步发展，露天矿区开采沉陷和变形监测手段也得到了快速的发展。作为一种十分重要的空间测量技术形式——SAR，在近几年得到了快速的发展。合成孔径雷达干涉发展进入到全新的阶段，在具体实施的时候可以利用合成孔径雷达差分干涉测量的连续性、自动化、精准化来监测地表形变，探测煤矿区域地表细微的变化，进而提升露天矿井沉陷监测的精准性。

1 D-InSAR沉陷监测的基本原理

D-InSAR沉陷监测是InSAR技术的一种拓展，测量法出发点是相干成像。差分干涉测量是指利用统一区域范围内两个干涉图像通过差分处理来获取地表形变的测量技术。其中，一幅是形变之前获取的干涉图像，另外一幅是形变之后获取的干涉图像。

干涉图相位会涉及到地形信息和地表信息，为了能够获得更为精准的形变信息，需要去除地形信息的影响。三轨法就是利用形变之前获取的第三幅SAR影像来实施干涉处理消除地形的影响的方法。和传统GPS监测技术相比，D-InSAR沉陷监测的应用优势具体表现在以下几个方面：①全天候的监测能力，覆盖面积广泛，数据获取速度快，成本低廉。②不仅能够提供传统监测方法难以监测到的数据信息，而且和传统监测技术相比还显示出不可比拟的精准性。③基于地面形变的敏感，D-InSAR沉陷监测技术以其较强的探测能力和较高的分辨率能够更好的监测地面沉降。

2 D-InSAR在露天矿开采沉陷监测中的应用优势

对于区域监测来说，使用差分全球定位系统技术动态监测地表点 位移情况会逐渐丧失其优势作用。为了能够更好的验证D-InSAR沉陷监测应用优势，文章以典型的SAR图像为例，对比分析D-InSAR沉陷监测和常规水准测量、全球定位系统的测量结果，具体如表1所示。

表1 D-InSAR沉陷监测和常规水准测量的比较表

3 基于D-InSAR的露天矿开采沉陷监测分析

3.1 应用目标

基于D-InSAR的露天矿开采沉陷监测的具体应用目标如下：①加强对矿区地表沉降演变过程的分析。借助长期积累起来的SAR数据、反演因煤炭开采引起的矿区大范围地表沉降演变历史信息来预测未来多年矿区地面沉陷的发展。②露天煤矿开采区地表沉陷动态监测分析。将基于D-InSAR的露天矿开采沉陷监测数据和常规观测结果结合在一起，研究基于D-InSAR的露天矿开采地表沉陷动态监测关键技术。③露天矿区DEM数据的更新。借助更新的技术形式来实现对矿区DEM数据的快速更新，为数字矿山的建设提供重要的数据保障支持。

3.2 数据获取

星载合成孔径雷达多采用重复轨道干涉测量的方式，选择ERS两颗卫星的串行模式来观测同一个地区的测量时间间隔仅仅为一天。雷达干涉数据信息可以通过订购或者查询的方式来获取。在露天矿产开采沉陷监测工作的深入发展下， 航空局提供了多个类型的SAR图像订购查询软件。所研究出来的数据分析软件都具备在现场查询的功能，数据查询时能够充分利用全覆盖的影像资料。

考虑到露天煤矿区域地表沉陷速度比较快，沉降监测的影响范围比较小，为此，在监测的时候会选择多时的D-InSAR沉陷监测方法。在选择数据信息的时候要按照时间基线、空间基线、数据获取季节因素的影响来打造出多时相差分干涉相对组合。

3.3 数据处理

以重复轨道干涉测量的三轨法来作为基本研究对象，具体的数据处理流程如图1所示。在测试的时候可以选择的雷达处理软件比较多，在雷达影响处理的过程中需要进行斑点噪声去除、滤波、去平地效应工作。在遵循指定干涉流程的情况下会得到差分干涉结果，在这个过程中还能够进一步获取基于时间序列的矿区开采沉降形变图形，以此作为依据能够提取出矿区地表沉陷沿雷达视线方向的形变量。

图1 基于重复轨道干涉测量的三轨法的SAR数据差分干涉处理流程

3.4 试验分析

文章实验为了对最终的差分干涉结果分析，仅仅对试验过程中的干涉以及结果比较明显的地表形变地区进行截图展示。发现整个地区生产土焦煤，露天煤炭资源的过度开采使得地面沉降严重。在对沉降变形图仔细分析之后发现，差分干涉结果和整个矿区地表形变表现相符合，差分干涉图很好地反映出了形变量的大小，最终通过一系列的分析发现整个矿区出现了不同程度的下沉，沉降量最大能够达到3.4cm。最终验证基于D-InSAR的露天矿开采沉陷监测是可行的。但是在具体实施的时候需要注重防范大气效应、参与基线误差、DEM误差对监测精准度的影响。

4 基于D-InSAR的露天矿开采沉陷监测亟待解决的关键技术

露天矿区的地表条件复杂，伴随地下开采的深入会出现不同的地面塌陷区域和积水区域，土地沙化、荒漠化问题也会不断加重。基于露天煤矿区的特点，基于D-InSAR的露天矿开采沉陷监测工作要中着重解决以下五个方面的技术应用问题。

第一，源数据信息的获取和选择。虽然当前的卫星能够获取不同类型的SAR数据信息，但是在实际操作中可以用在形成干涉测量的数据十分有限。想要获取更高质量的干涉纹图并完成差分处理，需要采取积极的措施来解决源数据的相干性问题，具体包含时间相干性和空间相干性。监测影像资料信息需要在空间层面上满足临界基线距的要求，避免出现失相干的现象。第二， 数据处理方式。基于D-InSAR的露天矿开采沉陷监测的关键技术是影响精准配准和相位的解缠。影响配准是保证输出干涉条纹具备良好相干性的大前提，其配准精准度直接影响最终获取的差分形变量质量。为此，在开展矿产资源监测的时候需要确保配准精度能够达到子像元级精度。不仅如此，在开展矿井监测工作的时候要选择适合的解缠算法，由此来获得更为精准的相位结果。第三，地面配合措施。为了能够提升SAR图像信号强度，增强SAR数据信息应用的安全性、可靠性，需要在煤矿开采区域地表安装多个角反射器或者电磁信号发射器，并选择多个永久性散射体来作为影像精准匹配控制点，减少外界因素对露天矿井开采沉陷数值的干扰。第四，采取措施提升测量精准度和可靠度。虽然借助基于D-InSAR的露天矿开采沉陷监测技术能够获取厘米级甚至毫米级的观测结果，但是在获取结果之后仍然需要使用常规观测结果来对数据信息的可靠性进行评价。第五，多源信息的集成分析。为了能够研究煤矿区域地表变形发展趋势、变形特点以及发展内在机理，分析预测未来地表沉陷的范围和强度，需要应用先进的技术手段来对采矿区域地表沉陷的范围和强度进行集成处理。

5 结语

综上所述，伴随社会经济的快速发展，人们对煤炭资源的开采应用需求极大，煤炭资源面临枯竭。为此，如何提升煤炭资源开采利用率成为相关人员需要思考和解决的问题。基于D-InSAR的露天矿开采沉陷监测能够对各个特殊煤矿区域地质情况进行深入的分析，了解该地区煤矿开采优劣势和注意事项，从而及时规避和优化开采措施，旨在能够为数字矿山的建设发展提供重要数据保障支持。