合成孔径雷达干涉测量与全球定位系统数据融合监测矿区地表沉降的可行性分析VIP免费

测绘通报2005年第11期文章编号:0494-0911(2005)11-0010-04中图分类号:TU196文献标识码:B合成孔径雷达干涉测量与全球定位系统数据融合监测矿区地表沉降的可行性分析刘国林‘,2，张连蓬2，成枢2，江涛2(I.中国科学院测量与地球物理研究所，湖北武汉430077;2.山东科技大学地球信息科学与工程学院，山东泰安271019)FeasibilityAnalysisofMonitoringMiningSurfaceSubstanceUsingInSAR/GPSDataFusionLIUGuo-hn,ZHANGLian-peng,CHENGShu,JIANGTao摘要:由于GPS与InSAR间具有很好的互补性，使得二者的数据融合能够在时间域和空间域提高地面沉降监测的能力，现已成为国内外地面沉降监测技术的研究重点。概述InSAR技术监测地面沉降的应用现状和InSAR/GPS数据融合的研究现状，分析In-SAR/GPS数据融合在矿区地表形变监测中应用的可行性以及主要研究内容。关键词:合成孔径雷达干涉测量(InSAR);GPS;地面沉降;数据融合一、引言煤炭及其他固体矿产资源的大规模开发和利用，给人类带来巨大的社会效益和经济效益的同时，也给人类的生产和生活造成一系列的环境问题和开采损害。矿山开采沉降是由于矿物开采后形成采空区，其上部岩层在重力等作用下发生冒落、断裂、挤压、弯曲、移动等变形，传播到地面形成的。由于地面沉降的出现，直接破坏地表土地的自然状态，降低土地的使用价值;其次，由于水平变形和不均匀沉降，造成沉降区内的工业和民用建筑物、水利设施、交通设施等产生裂缝和扭曲等变形，直接影响人们的安全生产和生活。矿山开采引起的地面沉降是一个复杂而又缓慢的过程，要认识这一复杂过程的规律，必须研究建立在实测资料基础上的各种预测计算模型，必须对开采沉降的野外数据进行广泛的采集、整理和分析。开采沉降研究至关重要的课题为沉降监测。同时，为地面沉降灾害预测、损失评估提供可靠的依据，进而为地面沉降治理提供合理的措施，有效地控制沉降，降低地面沉降造成的损失，也必须通过监测等手段及时掌握沉降情况。因此，矿山地表沉降监测是矿山开采与可持续发展的重要组成部分。目前，煤炭开采的地表沉降监测主要依赖于传统的水准测量、静态GPS测量或动态GPS测量。收稿日期:2004-04-26地表移动变形观测站的设置以剖面线形式为主，监测数据主要反映的是开采区域主断面的沉降情况，只能对监测点绘制出沉降剖面曲线图进行分析。如果要对沉降区域的地面沉降变形情况进行全面掌握和分析处理，必须布设大量的监测点，通过拟合等手段，绘制出沉降等值线图。这种地面沉降监测方式，不仅存在变形监测工作量大、费时、费财和测点难于长时间保存等缺陷，通常还因监测精度等原因，导致沉降变形分析处理出现偏差。为此，迫切需要改进目前的监测方法，采取新的监测手段。由于合成孔径雷达干涉测量(InSAR)可以穿过各种大气层，全天候、全天时获取地面高程及形变信息，特别是其具有测量精度可达毫米级精度的潜能及连续空间覆盖的能力，可以进行长期的地表形变监测，现已成为一种极具潜力的空对地观测技术。因此，研究InSAR在矿区地表沉降监测中的应用以及其关键技术具有重要的应用价值和广阔的应用前景。这也是国际地面沉降变形监测方法研究的主要方向之一。二、InSAR监测地表沉降的应用现状以及InSAR/GPS数据融合的研究现状1.InSAR在地表沉降监测中的应用现状1996年，Carnec等〔‘〕利用D-InSAR技术监测法国Gardanne地区局部地面沉降与滑坡。1997年，基金项目作者简介:青岛市自然科学基金资助项目(04-2-JZ-101):刘国林(1966-)，男，河南焦作人，教授，博士，主要从事测量数据处理理论、InSAR技术的关键数据处理与应用研究。2005年第11期测绘通报Massonnet等[2〕研究了美国加利福尼亚EastMesa地区地热场活动引起的地面沉降，其结果与水准测量结果非常一致。1998年Fielding等[3〕利用ERSSAR数据对加利福利亚Belridge油田的地面快速沉降进行了研究，清楚地监测到油田以每年大于400mm的速度沉降。1999年Wegmuler等利用ERS数据监测意大利Bologna城的沉降情况，并与水准测量数据和GPS数据进行分析比较，得到了较一致的形变场和形变速率结果。日本的HiroyukiNak-agwa等人利用JERS-1L波段SAR研究Kanto北部平原的...