小基线集技术在矿区地表形变监测中的应用

贺晓阳 赵盟 程存付

摘 要：小基线集作为新的INSAR时序分析技术，可有效降低时间和空间基线失相干影响，具有数量要求低，数量利用率高，DEM精度要求较低等特点。本文利用15期哨兵1号SAR数据，监测了鹤壁市2015年11月至2016年11月地表形变状况，反演了形变速率、累积形变等参数，为矿业城市区域性地面沉降防治提供了科学、有效的手段。

关键词：小基线集；哨兵1号；矿区；监测

中图分类号：P227 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）19-0097-02

Application of SBAS-INSAR Technology in Surface

Deformation Monitoring of Mining Area

HE Xiaoyang1 ZHAO Meng1 CHENG Cunfu2

（1.Henan Institute of Surveying and Mapping，Zhengzhou Henan 450003；

2. Linzhou Bureau of land and resources，Linzhou Henan 456550）

Abstract： As a new time series analysis technique for InSAR， the SBAS-INSAR technology can effectively reduce the time and spatial baseline irregularity effect， which has the characteristics of low quantity requirement， high quantity utilization rate and low DEM precision requirement. This paper used 15 issue of sentinel 1 SAR data， monitoring of hebi city in November 2015 to November 2016 surface deformation condition， the inversion of the deformation rate， cumulative deformation parameters， such as for the mining cities regional land subsidence control provides a scientific and effective method.

Keywords： small baseline set；sentinel 1；mining area；monitoring

在矿业城市，利用新型监测技术和手段监测大范围矿区地表沉降，实现对开采诱发地表形变的有效监管和管理，对保证矿区的可持续发展具有非常关键的作用[1，2]。《全国地面沉降防治规划（2011—2020年）》指出，常规地面沉降监测手段难以满足防灾减灾的需求，亟待增强地面沉降防治科学的研究与其支撑体系的建设，以提高地面沉降防治的水平。本文利用时序INSAR小基线集技术（SBAS-INSAR）[3-5]，对采矿区地表沉降状况进行连续性监测，可以获取矿区地表不同时期内的缓慢形变量、累积形变量及形变监测速率等，得到更为精准的监测结果，有利于为地质减灾防灾、城市规划等提供有力的技术支撑。

1 小基线集技术基本原理及流程

小基线集技术利用短时空基线的SAR数据集进行相互组合，充分提高了数据利用率，有效保证了干涉图质量，一定程度上抑制了噪声相位的影响，确保了地表形变监测的有效性和准确性，降低了区域性地表形变监测成本，具有良好的应用前景。

1.1 基本原理

小基线集技术是通过同监测区域不同时期的序列N幅SAR数据按时空基线组合，形成多个短时间基线和短空间基线的小基线集，在此基础上进行干涉处理，获取M个干涉图子集（M满足[N/21.2 技术流程

小基线集技术获取地表形变步骤可主要分为：SAR数据集预处理，SAR数据集组合、建立连接，生成干涉图集，轨道精炼和重去平，一次反演，二次反演，地理编码和时序分析。

2 小基线集技术监测地表形变

2.1 试验区概况

文中试验区地理坐标范围为113°59′～114°45′E、35°26′～36°02′N，覆盖整个鹤壁市，重点监测鹤山区和山城区因采矿引起的地表沉降。

2.2 试验数据及预处理

本文选取2015年11月20日至2016年11月26日，共15期具有短时空基线的哨兵1号SAR影像作为监测数据源，DEM采用30m的SRTM数据，数据获取时间及时空基线见表1。

由表1可知，选取的SAR数据时间基线和空间基线较小（远小于临界值），非常适合小基线集技术的开展。

预处理包括SAR影像裁剪、影像配准及主影像选取。

2.3 小基线集技术监测结果

利用小基线集技术对经裁剪、配准后的12期SAR数据集进行处理，并通過设定时间基线和空间基线阈值，确保每一幅影像至少与5幅建立有连接，这样组合出78个干涉像对，在此基础上进行干涉处理，得到干涉图集，检查获取的干涉图集，剔除干涉图质量差的连接。经轨道精炼和冲去平后，进行第一次反演，根据高相干点相位，建立形变速率和高程误差改正方程，利用SVD法解算平均形变速率和高程改正值，然后进行二次反演，消除大气相位，得到累积时序形变量。

在高相干性的区域，选择4个具有代表性的点，进行时序分析，结果如图1所示。

从图1可以看出，所选点均呈漏斗状下沉，变化趋势相一致。最大累积沉降量可超过50mm，沉降速率最大为75mm/a，沉降漏斗边缘累积沉降量在10mm左右。点的沉降量在3至4月及10至11月呈非线性变化，这可能与雨水灌注或大气残余相位有关。

3 结语

小基线集技术在大范围时序地表形变监测方面应用效果显著，所需数据量少，受DEM精度影响小，去大气相位效果较为理想，监测结果可靠性高，并且技术实现较为简便，可有效降低大范围区域性地表形变监测成本，可为地面沉降防治提供科学、高效的技术手段。

参考文献：

[1]Jarosz A，Wanke D. Use of InSAR for Monitoring of Mining Deformations[J]. Proc of Fringe Workshop，2004（1）：550.

[2]路旭，匡绍君，贾有良，等.用INSAR作地面沉降监测的试验研究[J].大地测量与地球动力学，2002（4）：66-70.

[3]张金芝，黄海军，毕海波，等.SBAS时序分析技术监测现代黄河三角洲地面沉降[J].武汉大学学报（信息科学版），2016（2）：242-248.

[4]杨成生，刘媛媛，敖萌.基于SBAS时序分析的大同地面沉降与地下水活动研究[J].国土资源遥感，2015（1）：127-132.

[5]甄艾妮.基于SBAS-InSAR 技术的北京市地面沉降分析[D].北京：中国地质大学，2017.