基于DInSAR技术的矿区沉陷监测研究课件.pptx

1、主要内容主要内容u D-InSAR沉陷监测基本原理u D-InSAR沉陷监测实现方法u D-InSAR沉陷监测数据处理u D-InSAR沉陷监测实例应用u 结论D-InSARD-InSAR沉陷监测基本原理沉陷监测基本原理 差分干涉测量是指利用统一区域的两幅干涉图像，其中一幅是形变前获取的干涉图像，另一幅是形变后获取的干涉图像，然后通过差分处理（除去地球表面，地形起伏）来获取地表形变的测量技术。D-InSARD-InSAR沉陷监测基本原理沉陷监测基本原理以三轨法为例，说明D-InSAR基本原理。D-InSARD-InSAR沉陷监测基本原理沉陷监测基本原理天线S1和S2接收到的点的SAR信号的相位

2、： (1) dRRR221144由S1和S2获得两幅幅影像形成的干涉图的相位为： (2)dddRBRBRRR444sin444/111122112D-InSARD-InSAR沉陷监测基本原理沉陷监测基本原理 干涉图的相位含有地形信息和地表形变信息。为了得到形变信息，需要去除地形信息的影响。三轨法就是利用形变前获取的第三幅SAR影像进行干涉处理消除地形的影响的方法。D-InSARD-InSAR沉陷监测基本原理沉陷监测基本原理天线S3接收到点的SAR信号的相位为： (3)334R第三幅SAR影像与第一幅SAR影像所形成干涉图相位为： (4)/2221331134sin44BBRR由式（2）和式（4

3、）可以推出视线向形变量所引起的相位为： (5) D-InSARD-InSAR沉陷监测基本原理沉陷监测基本原理ddRBB4-13/2/121由式（5）得： (6)13/2/1124BBRd式（6）右边的各量可由干涉图的相位 和轨道参数 计算得到，进而可以确定图像每一点的视线向形变量。1312,2121,BBD-InSARD-InSAR沉陷监测实现方法沉陷监测实现方法 目前，D-InSAR 获取地表形变信息的实现方法主要有三种：二轨法，三轨法和四轨法。u二轨法二轨法(two-pass) 基本思想是利用目标区域变化前后的两幅SAR 影像生成干涉条纹图和外部 DEM 生成模拟地形相位的条纹图，从主辅影

4、像生成的干涉图中将外部 DEM 对应的地形相位移除，则得到形变相位，最后将其转换为雷达视线向的形变量。D-InSARD-InSAR沉陷监测实现方法沉陷监测实现方法优点优点：外部 DEM 的获取比较容易。缺点缺点：对于无 DEM 数据的地区无法采用上述方法； DEM 精度不高，最终影响形变量获取的精度。u三轨法三轨法(three-pass) 基本思想是使用三幅 SAR 图像进行差分干涉测量，其中两幅影像选自发生形变前，第三幅选自发生形变后，取其中一幅作为公共主影像，另外两幅作为辅影像，两幅辅影像分别与公共主影像进行干涉处理。形变前的干涉图主要用来反映地形信息，形变后的干涉图主要反映地表形变信息。

5、最后从形变后的干涉纹图中除去形变前的地形信息相位，便得到形变信息相位。D-InSARD-InSAR沉陷监测实现方法沉陷监测实现方法优点优点：不需要事先准备外部 DEM，两幅干涉对共用一景 影像，数据的处理相对比较简单。缺点缺点：相位解缠的好坏将直接影响最终结果。D-InSARD-InSAR沉陷监测实现方法沉陷监测实现方法u四轨法四轨法(four-pass) 基本思想是获取形变前后的两对 SAR 影像，分别进行干涉处理，形成形变前后的两幅干涉相位图，形变前的主要用来生成 DEM，形变后的主要用来反映形变信息。将二者进行差分，便可得到形变相位，再将相位转换为斜距从而计算出雷达视线向的形变量。优点优

6、点：比三轨法更具有灵活性；缺点缺点：由于没有公共影像，因此在进行影像的配准时便 增加了很大的难度。D-InSARD-InSAR沉陷监测实现方法沉陷监测实现方法D-InSARD-InSAR沉陷监测数据处理沉陷监测数据处理InSAR的数据处理基本流程： 影像对输入影像配准干涉成像基线估计去除平地效应噪声滤波相位解缠高程计算D-InSARD-InSAR沉陷监测数据处理沉陷监测数据处理D-InSAR数据处理过程：主影像辅影像配准、重采样干涉图像差分干涉图变形图DEM数据基线数据去地平效应相位解缠D-InSARD-InSAR沉陷监测实例应用沉陷监测实例应用 钱营孜煤矿位于宿州市西南，地理坐标为东经116

7、5111700和北纬33273332之间。本文利用ENVISAT卫星获取2幅影像数据进行双轨差分干涉处理，这两幅影像的基本特征如下表。SAR系统时间中心经纬度水平基线距（m）垂直基线距（m）时间基线（天）ENVISAT2011-5-113327/11651000ENVISAT2011-6-233332/11700449.5606.243D-InSARD-InSAR沉陷监测实例应用沉陷监测实例应用 本文数据处理方法采用双轨差分干涉测量技术对上表的数据进行处理。在进行差分干涉处理时，需要借助外部DEM数据。双轨差分干涉处理结果，如下图所示。双轨法差分干涉处理结果示意图 从该图的双轨法差分干涉处理结

8、果示意图可以清楚地发现，在2011年5月11日到2011 年6月23日这一监测时间段内，钱营孜矿区的某一区域有着明显的地面沉陷（图中亮黄色似圆形区域）。D-InSARD-InSAR沉陷监测实例应用沉陷监测实例应用D-InSARD-InSAR沉陷监测实例应用沉陷监测实例应用联合地理要素的沉陷图沉陷区D-InSARD-InSAR沉陷监测实例应用沉陷监测实例应用 该图是联合雷达后向散射图并与钱营孜矿区图进行过配准后的沉陷信息图，从中可知上图中的沉陷范围区位于矿区开采中的工作面的北半部分。超过30 cm 的核心沉陷区位于该工作面开采区的正上方，沉降中心的最大沉降量达到48 厘米。D-InSARD-In

9、SAR沉陷监测实例应用沉陷监测实例应用 钱营孜矿区在开采工作面的上方建有地表移动观测站，采用GPS 技术、全站仪测量系统、水准测量等方式，按规定的周期与精度要求采集观测站监测点移动信息。该观测站首次测量时间为2010年3月，现有多组观测数据，为了D-InSAR 监测结果与地面监测站的结果进行有效地比较，选取2011年5月11日和6月23日的观测形变量进行分析。D-InSARD-InSAR沉陷监测实例应用沉陷监测实例应用 将试验中获取的地表沉陷量与相同时期地面监测站监测到的形变量进行对比分析，如上图所示，发现两者存在高度的一致性。结论结论 本文利用钱营孜煤矿作为试验区域，深入研究了D-InSAR技术在矿区沉陷监测中的应用。最终利用双轨法提取了矿区开采区域面沉陷信息，并将其与地面监测站的监测数据做了比较，发现两者结果基本一致，其能够实现大范围、低成本、高空间分辨率、全天候的非接触式沉陷监测，从而说明D-InSAR技术是矿区沉陷监测的有效工具。谢 谢！