InSAR技术用于矿区大量级塌陷监测研究

合成孔径雷达干涉测量(InSAR, Interferometric Synthetic Aperture Radar)是20世纪90年代末在SAR的基础上发展起来的一种新型空间对地观测技术,它利用SAR的相位信息获取高精度的地形信息以及形变信息。该技术以其全天时、全天候、自动化程度高、时间跨度灵活等特点,在监测地表微小形变方面具有独特的优势。但是,采矿区域的地面沉降量级大、地表活动频繁、时间去相干等因素较严重,使得InSAR技术用于煤矿开采塌陷区域的形变监测面临巨大挑战。本文针对InSAR技术用于矿区塌陷存在的特殊性和局限性在算法上进行了研究和改进,以期提高矿区塌陷监测的精度,并通过反演来解释塌陷的原因与规律。研究的内容包括以下几个方面。 首先,介绍了InSAR、差分InSAR以及小基线集技术的原理与处理流程。比较了L波段ALOS数据与C波段ENVISAT数据对矿区塌陷监测能力,并通过实验对比相同覆盖范围和相近时间跨度内不同数据对矿区塌陷监测的情况,分析两种数据对矿区沉陷监测的适用性。 其次,本文以神东煤田的上湾煤矿和补连塔煤矿区为例,利用小基线集方法获取了ALOS数据自2006年12月到2009年8月期间的塌陷时间序列,为了对比分析,还获取了ENVISAT数据自2007年6月到2010年9月的塌陷时间序列。通过计算累积塌陷面积和做剖线等手段,总结煤矿开采塌陷的一些规律。 第三,为了研究煤矿塌陷的机理,利用均匀弹性半空间的矩形位错模型结合矿区采掘工程图反演了补连塔煤矿的位错张量,并分析了采矿深度、采矿厚度以及位错张量之间的关系,从而认识了矿区塌陷的变形规律,这将对灾害的防治预报以及煤矿的合理开采均具有明显的指导意义。 最后,针对常规InSAR技术对大量级塌陷监测的局限性提出了三种改进方法：一是通过剔除配准偏移量粗差来提高配准精度,从而提高形变监测的精度；二是利用全分辨率和距离向内插干涉的方法增大InSAR的最大可探测形变量；三是结合矩形位错正演模型,利用“移去恢复法”对相位残差进行解缠,从而提高煤矿塌陷的监测精度与量级。以上三种改进方案均进行了程序实现和试验研究。