干涉测量技术在矿山塌陷和地面沉降监测中的应用

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1、干涉测量技术在矿山塌陷和地面沉降监测中的应用干涉测量技术在矿山塌陷和地面沉降监测中的应用干涉测量技术在矿山塌陷和地面沉降监测中的应用干涉测量技术在矿山塌陷和地面沉降监测中的应用干涉测量技术在矿山塌陷和地面沉降监测中的应用干涉测量技术在矿山塌陷和地面沉降监测中的应用干涉测量技术在矿山塌陷和地面沉降监测中的应用干涉测量技术在矿山塌陷和地面沉降监测中的应用干涉测量技术在矿山塌陷和地面沉降监测中的应用2006年第2期干涉测量技术在矿山塌陷和地面沉降监测中的应用张振生25干涉测量技术在矿山塌陷和地面沉降监

2、测中的应用张振生(河北省遥感中心石家庄050021)摘要:差分干涉测量(D-InSAg)技术,是合成孔径雷达(SAg)卫星应用的一个拓展.雷达图像的差分干涉图可用于监测cm级或更微小的地面形变,具有全天候,大面积监测地面沉降和矿山塌陷的优势.本文以武安矿山塌陷和沧州市地面沉降监测为例,介绍了这一新技术在灾害监测.领域中的实际应用.关键词:矿山塌陷;地面沉降;雷达图像;差分干涉_澳lJ量引言上世纪90年代以来,欧美一些发达国家对机载和星载(包括航天飞机)合成孔径雷达理论和应用做了深入研究,获取了大

3、量的商用SAR图像,D—InSAR技术在大地测量方面的研究和应用得到极大发展,一方面D—InSAR技术可以在大面积范围内(100kmX100km)监测地面的微小形变,具有不需要人员进入灾害地区测量的特点,相对于GPS和GLONASS全球定位系统和经典的大地测量手段(高精度水准测量)而言,有着巨大的优势和广阔的应用潜力.另一方面,高精度水准和GPS技术只能监测有限的,离散的控制点,而D—InSAR一幅图像就可以控制1万平方公里的地表形变监测,其空间分辨率可达到5m一一20m.近年来基于D—InSA

4、R的相应研究课题和项目多达上千项,在地震形变,山体滑坡,火山活动,矿区地面塌陷,城市地面沉降等人为因素造成的自然灾害监测方面,取得了一系列重要的研究成果.目前在太空运行的雷达卫星有欧洲空间局的ERS一1/2,ENV1SAT—l,日本的JERS-1和加拿大的RADARSAT等.其中ERS—l/2生成间隔至多相差一天的SAR数据,为InSAR的研究提供了全球陆地面积75%的地形数据.本文以武安矿山塌陷和沧州地面沉降监测为例,介绍D—InSAR技术在该领域的应用.1雷达差分干涉测量处理方法1.1SAR

5、数据处理的一般流程要获取地表形变信息,则必须消除区域的地形信息.目前常采用的方法主要是以Massonnet为代表的DEME法(又称”二轨法”)和以Zebker为代表的三轨法.二轨法是利用实验区地表变化前后二幅影像生成干涉纹图,再利用事先获取的DEM数据模拟纹图,从干涉纹图中去除地形信息以得到地表变化信息.这种方法的优点是无须进行相位解缠(MassOnnet,l993B),减少处理工作量.缺点是对于无DEM数据的地区无法采用上述方法,另外在引入DEM数据的同时有可能带入新的误差.三轨法是利用三景影

6、像生成二幅干涉纹图,一幅反映地形信息(对于ERS-l/2SAR数据来说,一般采用相隔一天的重复轨道数据),一幅反映地表形变信息,进行平地效应消除后,分别进行相位解缠,最后利用差分干涉原理计算得到地表形变信息.三轨法的主要优点是无需地面信息,数据间的配准较易实现.缺点是相位解缠的好坏将影响最终结果.1.2二轨法的主要步骤①根据SAR数据的时间间隔,季节等因素选择合适的图像对.②采用多级配准的方法对干涉像对精确配准.③基于局部地形坡度对干涉图像对进行滤波处理,然后生成干涉图.④计算DEM的点间隔与干

7、涉纹图像元间隔之间的比值,对DEM点进行采样,基于多普勒方程,斜距方程和椭球方程,利用轨道参数将DEM转换到雷达坐标系统,将DEM数据转换为相位值.⑤从干涉图中减去利用DEM模拟的干涉图得到形变图.⑥将形变图投影至地理坐标系中.1.3三轨法的一般处理流程三次过境法差分InSAR处理流程见图l.Ⅱ作者简介∞张振生,男,汉族,1955年生,河北省行唐县人,1977年毕业于河北地质学院,矿产地质专业,现就职于河北省遥感中心,任遥ls应用研究室副主任,高衄工程师.自1980年起从事遥感技术应用与研完工作

8、,是我省较早应用遥感技术的专业人员之一,现主要从事遥意动态监洲和环境地质工作.t获省部级多项科技成果奖励,在国家及省部级报刊杂志上发表科技论文多篇.2006年第2期干涉测量技术在矿山塌陷和地面沉降监测中的应用张振生272.3差分干涉处理结果表3差分干涉处理结果表最大沉陷地名坐标(X,Y)9304-94029502-98029605-98059701-97059803-98090312-0401西马项东25l502.4079049l0141424l惠兰村南246342,40770394>20