基于D_InSAR的煤矿区开采沉陷遥感监测技术分析.pdf

第20卷第2期地理与地理信息科学Vol.20No.2

2004年3月GeographyandGeo-InformationScienceMarch2004

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
(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-In2
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铁路的影响,在鲁尔矿区对铁路进行了下沉测量;19
测手段得到快速发展。作为空间测量技术的一个重世纪末期开始,前苏联、波兰、德国、澳大利亚、英国、
要分支———空间对地观测技术特别是合成孔径雷达加拿大、日本和美国等国家,对开采引起的地表沉陷
(SyntheticApertureRadar,SAR)测量技术近年发展变形规律进行了深入的研究,并取得了丰硕的成果。
迅速,其中合成孔径雷达干涉测量(Interferometric我国地表沉陷变形规律的研究工作始于20世纪50
SAR,InSAR)方法已进入一个新的阶段,可以利用合年代,开滦“黑鸭子”观测站的建立标志着我国开采
成孔径雷达差分干涉测量(DifferentialSARInter2沉陷变形观测及其研究的开始;其后,开滦、抚顺、阜
ferometry,D-InSAR)的连续空间覆盖、高度自动化新、大同、峰峰、焦作、淮南、平顶山、芙蓉等矿区先后
和高精度监测地表变形的能力,来探测地表的微小变制定了地表移动观测规划,并建立了一批岩层与地
形。目前,D-InSAR利用遥感卫星多时相的复雷达表移动观测站。
图像相干信息,进行地表垂直形变量的提取,其精度回顾矿山开采沉陷,其监测技术手段已由传统的
已经达到了毫米级[1,2],该技术为地表变形的自动化经纬仪测坐标、钢尺测边长、水准仪测高程发展到使
监测提供了全新方法,具有常规观测手段无法比拟的用全站仪同时测三维坐标。近年,随着空间对地观测
优势。本文介绍InSAR和D-InSAR的技术发展及技术的发展,传统测量方法已逐渐为周期短、精度高、
其在地表变形监测中的应用成果,论述D-InSAR技布网迅捷的GPS监测方法所替代[4],较好地解决了地
术在矿山开采沉陷变形监测中的特点与优势。D-表某点连续动态变化监测的问题。尽管利用GPS并
InSAR是“数字矿山”建设[3]中数据获取的重要手段,结合电子测距及常规测量手段可以取得较高的精度,
为推动D-InSAR技术在矿区开采沉陷监测中的实际但仍然面临一些基本问题:1)基准点的稳定性;2)观测
应用,促进矿区开采沉陷监测新技术的发展,亟须研周期长;3)垂直向精度较低;4)由沉降点、线数据构建
究解决5项关键技术。沉降面必须经过数值内插,难以保证结果的精度等。
SAR是一种使用微波探测地表目标的主动式成
1煤矿区开采沉陷监测技术分析
像传感器,具有全天候、全天时成像能力,并能穿透
1.1煤矿区开采沉陷监测技术现状与存在的问题某些地物表面。经过预处理后的SAR图像与一般
早在19世纪中叶,煤矿开采沉陷问题就已受到的可见光和近红外遥感图像有着本质区别:SAR图
人们关注。1860年德国铁路部门为验证地下开采对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。
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

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