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1、99一103．2012地質(zhì)學(xué)刊第36卷第1期doi：10．3969／j．jssn．1674-3636．2012．01．99利用InSAR技術(shù)監(jiān)測(cè)徐州市礦區(qū)地表變形郭炳躍1。何敏2。劉建東1(1．江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所，江蘇南京210018；2．河海大學(xué)測(cè)量工程系，江蘇南京210098)摘要：徐州煤礦資源豐富，煤礦的開采和利用，在產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的同時(shí)，卻造成了大規(guī)模的地面沉陷，區(qū)內(nèi)大量的農(nóng)田、建筑物、道路等受到影響和破壞。InSAR測(cè)量技術(shù)的差分干涉圖用于監(jiān)測(cè)厘米級(jí)甚至更微小的地面形變，具有全天候、
2、大面積監(jiān)測(cè)地面沉陷的優(yōu)勢(shì)。以徐州地面沉陷監(jiān)測(cè)為例，介紹了InSAR測(cè)量技術(shù)在礦區(qū)地面沉陷監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用。關(guān)鍵詞：地面沉陷；InSAR技術(shù)；江蘇徐州中圖分類號(hào)：TP79：TD325．2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674—3636(2012)Ol一0099—050引言徐州煤礦資源豐富，煤礦的開采和利用，在產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的同時(shí)，卻造成了大規(guī)模的地面沉陷，區(qū)內(nèi)大量的農(nóng)田、建筑物、道路等受到影響和破壞，嚴(yán)重影響社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，急需對(duì)徐州地面沉陷災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測(cè)、治理和修復(fù)。傳統(tǒng)的地表沉降監(jiān)測(cè)主要采用重
3、復(fù)精密水準(zhǔn)測(cè)量方法，通過布設(shè)一、二等水準(zhǔn)網(wǎng)后采用嚴(yán)密的平差程序，最終提取出每一期的微小地面沉降變化值。這種方法野外作業(yè)周期長(zhǎng)，而且需要耗費(fèi)大量的人力、物力，測(cè)量精度也有限，因此這種方法被作業(yè)周期短、精度高、布網(wǎng)迅速的GPS所替代。但無(wú)論是GPS還是水準(zhǔn)測(cè)量，都只能獲得觀測(cè)點(diǎn)的地表形變而無(wú)法獲得整個(gè)區(qū)域的沉降趨勢(shì)，而且對(duì)于監(jiān)測(cè)網(wǎng)的維持每年也需要消耗大量的人力、財(cái)力。隨著空間對(duì)地技術(shù)的發(fā)展，尤其是合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)(InSAR)的發(fā)展，為區(qū)域性的地表沉降監(jiān)測(cè)帶來(lái)了新的技術(shù)支持。利用InSAR技術(shù)進(jìn)行區(qū)域性
4、地表沉降監(jiān)測(cè)相對(duì)于傳統(tǒng)的點(diǎn)監(jiān)測(cè)具有低成本、覆蓋廣和分辨率高等優(yōu)點(diǎn)(陳強(qiáng)等，2007；羅小軍等，2009；張?jiān)娪竦龋?008)。1InSAR技術(shù)原理所謂合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量(InSAR)，就是利用兩幅來(lái)自同一照射點(diǎn)的雷達(dá)回波信號(hào)，分兩次觀測(cè)傳感器高度、雷達(dá)波長(zhǎng)、波束視向及天線基線距之間的幾何關(guān)系，利用復(fù)圖像經(jīng)過干涉處理后形成的干涉條紋圖，得到斜距向上的點(diǎn)與兩天線之間的距離差，從而精確地測(cè)量出圖像上每一點(diǎn)的三維位置和變化信息。目前，根據(jù)所獲得兩幅SAR圖像的方式，可以將InSAR的工作方式分為沿軌道干涉測(cè)量、垂
5、直軌道干涉測(cè)量和重復(fù)軌道干涉測(cè)量3種模式。筆者所采用的ERS-2和ENVISAT星載數(shù)據(jù)就是采用重復(fù)軌道干涉測(cè)量。通常，重復(fù)軌道InSAR觀測(cè)的集合關(guān)系如圖1所示。A，、A：為兩次觀測(cè)時(shí)天線的位置，日為A，的高度，P為目標(biāo)點(diǎn)，h為目標(biāo)點(diǎn)P的高程，0為A，的入射角，啟為兩天線間的距離，即基線，a為基線曰相對(duì)于水平方向的夾角，P為A。到P的斜距，P+勁為A，到P的斜距。地面目標(biāo)點(diǎn)P的高程h為：h=H--pcos0(1)由于(P+酗)2=p2+B。+2pBsin(a一0)(2)所以收稿日期：2011—03—31；
6、修回日期：2011一04—12；編輯：侯鵬飛作者簡(jiǎn)介：郭炳躍(1980一)，男，工程師，碩士，主要從事地質(zhì)環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害防治研究工作，E-mail：guobyll21@tom．cornloo地質(zhì)學(xué)刊2012年3月圖IInSAR技術(shù)的基本原理p：磊乎≥譬瓦(3)p2西五茁刁而LjJ如果A。、A：對(duì)P的測(cè)量相位差9為：妒=‰(4)妒2砷L(zhǎng)4J其中，A為雷達(dá)信號(hào)波長(zhǎng)，則劫=籌(5)將式(5)代入式(3)后再代人式(1)，得?一㈢：竺一口㈤2Bsin(d—p)一竽由式(6)，只要天線高度日、相位差妒、基線曰、兩天線
7、的相對(duì)定向角度a、天線的入射角0精確可知，就可以計(jì)算出地面目標(biāo)點(diǎn)P的高程h。需要說明的是，p是解纏后的相位，而干涉雷達(dá)測(cè)量得到的相位值只在主值范圍內(nèi)，即是模糊的，必須經(jīng)過相位解纏后才能獲得真實(shí)相位以及得到目標(biāo)的高程信息(Ferrettietal，2001，2002；Werneretal，2003)。2礦區(qū)地面沉陷概況大屯中心區(qū)位于江蘇沛縣北部與山東微山接壤部分的微山湖畔，是上海大屯煤電公司的辦公、生活及輔助生產(chǎn)企業(yè)所在地，東距微山湖5km。徐州大屯中心區(qū)從1976年開始觀測(cè)地面沉降，1988年建立了地面沉降
8、觀測(cè)系統(tǒng)，分別沿區(qū)內(nèi)主要線路布設(shè)A、B、C、D共4條觀測(cè)線，建立了比較完整的地面沉降觀測(cè)系統(tǒng)，各線路控制點(diǎn)均遠(yuǎn)離中心區(qū)抽水井，地表結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，整個(gè)觀測(cè)線路總長(zhǎng)30km，各線路的高程控制點(diǎn)均為礦區(qū)三等水準(zhǔn)網(wǎng)中的點(diǎn)(張茂永等，2007)。沉降量均為以1976年為起始高程計(jì)算的結(jié)果。據(jù)1988年’2006年的系統(tǒng)觀測(cè)資料(表1)顯示，徐州在屯中心區(qū)地面沉降在逐年加劇，沉降速率有較大波動(dòng)。根據(jù)歷年觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用繪圖軟件
