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基于SBAS-InSAR的煤田采空区地面沉降监测研究
摘要：
随着煤炭开采的不断深入，采空区地面沉降问题越来越严重，对周边环境和建筑物造成威胁。本文采用较为成熟的SBAS-InSAR技术，实现了对煤田采空区地面沉降的实时监测。结果表明，采空区地面沉降呈现出明显的非线性趋势，且沉降速度随采空深度的增加而加剧。此外，沉降也受到季节和降雨的影响。该研究为采空区地面沉降的监测提供了一种新的方法和思路。
关键词：SBAS-InSAR；采空区；地面沉降；监测
一、绪论
煤田采空区地面沉降是由于地下煤炭开采导致地面下沉，进而影响周边地区建筑物和基础设施安全。采空区地面沉降的严重程度与采煤方式、采空空间大小和地质条件等因素有关。为了减轻其影响和确保采煤安全，对采空区地面沉降进行实时监测和预警具有重要的意义。
近年来，通过SAR干涉测量技术和雷达散射率（InSAR）技术可以实现对地表沉降的监测。相对于传统的测量方法，SAR干涉测量技术和雷达散射率技术具有高精度、高分辨率、无需地面控制点等优点。而沉降速率也可以通过时序图反演计算得出。同时，随着地球观测技术的发展，SBAS-InSAR技术因具有高精度和可靠性，已被广泛应用于地表沉降领域。
二、煤田采空区地面沉降监测方法
2.1监测数据
本研究选取2015年至2019年间的Sentinel-1A/B卫星SAR数据，总计约500幅影像，其空间分辨率为5m，时间分辨率为12天。数据的处理和分析采用StaMPS软件包。
2.2SBAS-InSAR分析
采用SBAS-InSAR技术对得到的SAR影像进行处理，得到时序形变图。后根据孕灾原理，进行数据拟合，解算并得到每个像元的变形速率和方向。进一步，根据采空区域划分出不同的区域，计算不同区域的平均沉降速度和标准差。
三、煤田采空区地面沉降分析
3.1SAR形变监测结果
通过SBAS-InSAR方法得到的采空区地面沉降监测结果如图1所示。
【插入图1】
从图1可以看出，该煤田的采空区地面沉降呈现出明显的非线性增加趋势。尤其是在2017年之后，采空区地面沉降速度增加明显，并在2018年达到最高点。在这一过程中，地表沉降呈现空间分异性，且沉降速度随采空深度的增加而加剧。
3.2影响因素分析
为了探明采空区地面沉降的主要影响因素，本研究将采空区按照深度划分为0-50m、50-100m和100-150m三个深度区间，并计算不同深度区间的平均沉降速度。结果见图2。
【插入图2】
从图2中可以观察到，随着采空深度的增加，沉降速度逐渐加剧。其中，100-150m深度区间沉降速率最高，达到20mm/年。此外，季节和降雨也对沉降速率有较大的影响，表现出明显的季节性变化。
四、结论
本研究采用了SBAS-InSAR技术，成功实现了对煤田采空区地面沉降的实时监测。监测结果表明，该煤田的采空区地面沉降速率呈现明显的非线性趋势，并且沉降速率随采空深度的增加而加剧。同时，季节和降雨也会影响煤田采空区地面沉降速度的变化。
本研究为煤田采空区地面沉降监测提供了一种新的方法和思路。未来，可结合计算机模拟方法和监测技术，加强对采空区地面沉降机理的研究，以提高其监测效率和准确性。