浅谈卫星热红外遥感在地面沉降监测与分析中的应用

摘 要 针对当前矿山资源开采中常常发生由于地表作业强度大导致采空区塌陷问题，开展卫星热红外遥感在地面沉降监测与分析中的应用研究。通过利用卫星热红外遥感成像、获取传输信号、形成干涉文图等操作，实现对地面的变形监测。通过实验证明，该监测方法与传统监测方法相比可有效提高监测结果的精度，为地表作业提供数据支撑，防止出现采空区塌陷现象，保证作业人员生命财产安全。

关键词 卫星热红外遥感;地面沉降;监测;分析

引言

地面沉降是一种由于地壳运动、地震以及矿产资源开发等引起的地面沉降自然地质灾害。根据地层结构进行细分，可分为构造层地面沉降、采空层地面沉降、抽水层地面沉降，三种类型。当前，地面沉降已经逐渐发展成为一种普遍的地质灾害[1]。一旦发生地面沉降将会对周围建筑及生产设施造成严重的破坏，对于建设行业以及矿产资源的开发带来不利影响，更严重的则会造成海水倒灌，因此针对地面沉降的监测具有十分重要的价值意义。传统地面沉降监测的方法包括水准测量、全站仪等，但其复杂程度较大，并且监测成本较高，无法满足现代地面沉降监测需要[2]。卫星热红外遥感技术是一门综合性科学技术，涉及空间、光学、电子等多个学科和领域的技术知识。卫星热红外遥感以人造卫星作为平台，根据平台当中卫星与地球之间的对应位置，通过摄影、扫描等操作将遥感信息传输并处理，从而识别地面物质的运动状态以及各项性质[3]。因此，本文将开展卫星热红外遥感在地面沉降监测与分析中的应用研究。

1基于卫星热红外遥感的地面沉降监测方法设计

首先，利用卫星热红外遥感设备获取被监测地面的地形像对干涉图和形变像对干涉图通过处理，获取其相干系数图以及干涉相位图[4]。图1为卫星热红外遥感成像几何示意图。

图1中，M1和M2分别表示为卫星在地面未发生沉降变形时获取到的图像，则由O点返回的信号可用如下公式表示：

公式（1）中，T1表示为由O点返回到M1时的信号;N1表示为信号的传输距离。根据公式（1）推导出从O点沿N2和N3传输路径返回的信号T2（N2）和T3（N3）。为获取的遥感影像中的地面沉降信息，还需要将被监测区域内的地表信息消除，通过干涉相乘形成干涉文图，保证在干涉相位当中只包含地表沉降变形信息[5]。再根据传输的遥感信号，得到最终被监测区域地面形变相位，实现对地面沉降的实时监测。

2实验论证分析

选择某地区水土保持建设区域的地面作为本文实验的监测对象，在该区域地面上划分3个监测点，分别利用本文监测方法与传统监测方法对3个监测点分别进行监测，并将地面的沉降情况进行记录。为保证实验结果的公正性，数据来源均为ERS卫星数据信息，从遥感影像上提取相同的图像进行监测。表1为两种监测方法得到的区域地面沉降值与实际沉降值对比结果表。

由表1中数据可以得出，本文监测方法沉降值与实际沉降值相差±0.01cm，符合《地表沉降外业监测规范》的高精度要求，而传统监测方法沉降值与实际相差±0.69 cm，与实际偏差较大。因此，通过实验证明，本文提出的基于卫星热红外遥感的地面沉降监测方法具有更高的监测精度，在实际地面沉降监测作业中，利用本文监测方法可以有效提高监测质量，为后续建设施工提供精确数据支撑，保证作业人员的人身安全。

3结束语

通过本文设计的基于卫星热红外遥感的地面沉降监测方法，将其应用于实际可以实现对地面沉降的高精度监测，有助于在建设施工中及时发现地质变化情况。本文监测方法虽然可以监测地面的变形，但受到质量以及技术水平的制约，无法获取到连续性的沉降结果，因此，在后续研究还将对这一方面问题进行深入研究。

参考文献

[1] 袁旭，孟庆林. 基于低空热红外遥感的区域地表温度分布研究[J]. 建筑节能，2019，47（12）：145-151，182.

[2] 江利明，孙奇石，蒋亚楠，等. 基于Sentinel-1雷达影像的成都市地面沉降InSAR监测分析[J]. 大地测量与地球动力学，2020，40（2）：198-203.

[3] 朱煜峰，江利明，孙奇石，等. 基于Sentinel-1A的南昌市时间序列InSAR地面沉降监测[J]. 大地测量与地球动力学，2020，40（3）：270-275.

[4] 潘家宝，戴吾蛟. 时空Kalman滤波及其在地面沉降监测数据处理中的应用[J]. 工程勘察，2019，47（8）：67-73.

[5] 熊佳誠，聂运菊，李永飞，等. 利用双极化Sentinel-1数据监测城市地面沉降——以上海市为例[J]. 测绘通报，2019，57（11）：98-102，129.

作者简介

梁乐民（1988-），男，广东广州人;学历：硕士，职称：审查员，现就职单位：国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，研究方向：光学。