摘要
合成孔径雷达干涉测量(InterferometricSyntheticApertureRadar，InSAR)技术是近些年备受关注的一种对地观测技术，因其以区别于传统观测技术，可全天时、全天候、大范围的获取地表形变信息的优势而受到专家学者的青睐。经过最近几十年的不断发展和技术进步，人们在InSAR技术基础上研究并发展出合成孔径雷达差分干涉测量技术(D-InSAR)、多时相InSAR技术(MT-InSAR)和多孔径InSAR(MAIInSAR)技术等多种对地测量方法，而且已经在城市地表沉降、山体滑坡、矿区开采沉陷、冰川漂移等多个领域做了大量研究，取得了丰富的研究成果。矿区资源开采引起的地表沉降会给当地带来生态、经济和社会治安等一系列问题，因此，使用InSAR技术建立矿区地表沉降模型，研究矿区资源开采过后地表发生沉陷的时空演化规律具有重要意义。传统的D-InSAR技术由于只能获取地表在雷达视线向(LineofSight，LOS)形变量，无法反映地表实际在空间上三维形变信息，且对地表发生大梯度形变信息无法准确提取。针对这些问题，本文拟采用SBAS-InSAR技术获取矿区地表时序形变信息，提取矿区地表在水平面上的形变量，同时结合幂指数Knothe时间函数模型预计矿区地表在垂直方向的形变值，最后建立起矿区开采地表三维形变模型。本文取得的主要成果如下: (1)分析研究了当前矿区开采地表沉降监测国内外研究现状以及监测的主要技术手段和成果，并根据现在所选择的待研究区条件分析采用何种监测方法更为合适。针对传统监测手段无法大面积获取矿区地表形变信息，研究区地表积水区面积较大且多有杂草，灌木覆盖等问题，并兼顾研究数据易获得性，经济适应性，雷达波段穿透效果等多种因素，选取合适的雷达影像数据和雷达影像处理方法获取地表时序形变值。 (2)采用矿区地表时序InSAR监测值反演幂指数Knothe时间函数模型未知参数，并通过幂指数Knothe时间函数模型预计研究区地表监测点最大下沉值。由于矿区地表沉降梯度较大，超出常规D-nSAR技术监测范围而无法准确获取矿区地表下沉值。本文采用SBAS-InSAR技术对矿区雷达SAR影像进行处理，得到地表时序形变值。根据矿区地表形变值采用粒子群优化(PSO)算法反演得到幂指数Knothe时间函数模型参数，建立地表监测点下沉曲线模型，最后根据建立的下沉模型预计矿区地表点最终形变值。 (3)通过理论研究与实际工程案例相结合提取矿区地表三维形变信息并构建地表三维形变下沉预计模型。本文根据雷达视线向形变值推导出其在水平面上东西向、南北向的关系分量和垂直方向形变量，并由时序InSAR技术得到的研究区时序形变结果进行三维信息提取。结合时序InSAR得到的矿区地表最终形变值提取的矿区地表水平形变与基于幂指数Knothe模型提取矿区地表在垂直向的分量构建地表三维形变下沉预计模型。结合淮南矿区某采煤工作面，利用所建立的三维形变预计模型提取地表形变信息构建地表三维形变模型，同时收集地表移动变形观测站的实测水准数据和平面CORS数据，对所建立的模型进行验证。结果表明，根据选取的几个具有代表性的下沉特征点验证结果显示:时序InSAR监测值与水准值相比最大平均误差为0.0219m，最大中误差为0.0352m;反演得到的模型拟合下沉值与水准值相比最大平均误差为0.0308m，最大中误差为0.0423m。
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