合成孔径雷达干涉测量技术在矿山开采地表沉陷监测中的应用

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1、合成孔径雷达干涉测量技术在矿山开采地表沉陷监测中的应用合成孔径雷达干涉测量技术在矿山开采地表沉陷监测中的应用合成孔径雷达干涉测量技术在矿山开采地表沉陷监测中的应用合成孔径雷达干涉测量技术在矿山开采地表沉陷监测中的应用合成孔径雷达干涉测量技术在矿山开采地表沉陷监测中的应用合成孔径雷达干涉测量技术在矿山开采地表沉陷监测中的应用合成孔径雷达干涉测量技术在矿山开采地表沉陷监测中的应用合成孔径雷达干涉测量技术在矿山开采地表沉陷监测中的应用合成孔径雷达干涉测量技术在矿山开采地表沉陷监测中的应用第l期2003年3月矿山测量MINESURVEYING№.1Mar.2O03合成孔

2、径雷达干涉测量技术在矿山开采地表沉陷监测中的应用姜岩h.高均海(1辽宁工程技术大学辽宁阜新1230002中国矿业大学北京校区北京1000833山东科技大学地科学院山东泰安2710194煤科总院唐山分院河北唐山063012)■翼文中介绍了合成孔径雷达干涉测量技术的发展概况和德固在矿山开采沉陷监测方面的应用成果,为我们研究城市与矿区地面沉陷的自动化监测问题,提供了新技术和新方法.关蝴合成孔径雷达干涉测量技术地面沉陷监测方法l莆畜煤炭是我国的主要能源,占能源消耗的70%以上.在今后相当长的时期内煤炭仍将是我国的第一能源.煤炭的开采和利用,产生巨大的经济和社会效益,同时

3、也给矿区生态环境带来了一系列损害影响.煤炭的地下开采对矿区生态环境损害影响的主要宏观表现为:地下煤炭开采后在地表形成沉陷盆地,使位于盆地内的农田,建筑物,道路等受到影响和破坏.我国目前煤炭年产量约l2亿吨,1998年调查国有与地方煤矿万吨采煤塌陷率为0.07-I).33hm,平均为0.2hm,山此可见矿山开采塌陷是十分严重的.这种由地下开采引起的损害已不仅仅是个环境问题,而且影响到矿区城市的社会稳定与可持续发展.l860年德国铁路部门为了验证地下开采对铁路的损害影响,就在鲁尔矿区对铁路进行了下沉测量.在德国,东欧,苏联和中国的矿业类大学里都把开采沉陷视作重要的专

4、业研究方向.在国际上有专门的学术组织”国际矿山测量协会ISM”(InternationalSocietyforMineSurveying)下设的矿山开采沉陷专业委员会,该专业委员会定期举办学术会议进行专题研讨.2003年将在中国举办第l2届国际矿山测景世界大会,矿山丌采沉陷仍是一个重要的主题.矿山开采引起的地表移动和变形过程受到多种地质采矿因素的影响,是一个十分复杂的时空力学过程,目前最有效的研究办法是通过实地观测,依据对观测成果的分析研究来掌握地表移动规律和矿区塌陷区域的生态环境的变迁与演化过程,为解决安全开采和塌陷区环境综合治理提供科学的依据.空问对地观测技

5、术的发展为矿山开采沉陷的监测提供了全新的方法,本文概括介绍相关新技术在该领域的应用情况和未来的发展趋势.2GPS在矿山开采地衰移动与变形监中的应用矿山开采引起地表移动(水平移动,垂直移动)和变形(倾斜,曲率,水平变形):III一I地表移动可用下式表示:ll1一lIfI一f,,——分别为地表点在f时刻,y,Z轴的移动量.湫轴方向的变形值为:倾斜::曲率:=水平变形::善同理可求出沿y和Z轴方向的变形值.应用GPS代替常规测量仪器,定期观测开采引起的地表下沉和水平移动,进一步计算出倾斜,曲率和水平变形.另外是应用GPs对地表动态变形进行全程观测.我们在兖州矿区进行了

6、综放开采地表移动GPS动态监测研究,发现地表下沉是一个非线性过程,观测曲线与理论计算曲线如图l所示:根据监测数据应用分形理论和小波理论研究地表点随地下开采的动态变化规律和岩层移动参数[////],取得了一系列研究成果.5第1期矿山测量2o03年3月测.而且GPS的垂直分量一直是相对较弱的一项.对于典型的景SAR图像(对应实地范围100X’100Ion,设平均分辨率为2OmX20m).,.如果全部使用GPS观测,则大约需要2.5Xl07台接收机.毫无疑问这将是极不经济的羽.4合成孔径雷达卫星概况与图像数据的获取方式‘夭,4.1合成孔径雷达卫星的概况20世纪90年代

7、后.SAR卫星的发展十分迅图I观测曲线与理论计算曲线这种方法只适合监测小区域的移动和变形.无法满足几百平方公里全矿区的监测任务.随着科学技术的进步.空间对地遥感技术特别是卫星雷达测量技术近几年来得到了迅猛的发展.其中卫星雷达干涉测量方法(InSAR)业已进入到一个新高度.即利用卫星雷达差分干涉测量(DifferentialInSAR,D-InSAR)来探测地表的微小地形变化信息的技术.合成孔径雷达干涉测量技术具有前所未有的连续空间覆盖,高度自动化和高精度监测地表变形的能力.目前利用D-InSAR对地球表面变形的监测可达到毫米精度.雷达差分干涉测量利用了遥感卫星多

8、时相的复雷达图像相干信息