淺談衛(wèi)星熱紅外遙感在地面沉降監(jiān)測與分析中的應(yīng)用

摘 要 針對當(dāng)前礦山資源開采中常常發(fā)生由于地表作業(yè)強度大導(dǎo)致采空區(qū)塌陷問題，開展衛(wèi)星熱紅外遙感在地面沉降監(jiān)測與分析中的應(yīng)用研究。通過利用衛(wèi)星熱紅外遙感成像、獲取傳輸信號、形成干涉文圖等操作，實現(xiàn)對地面的變形監(jiān)測。通過實驗證明，該監(jiān)測方法與傳統(tǒng)監(jiān)測方法相比可有效提高監(jiān)測結(jié)果的精度，為地表作業(yè)提供數(shù)據(jù)支撐，防止出現(xiàn)采空區(qū)塌陷現(xiàn)象，保證作業(yè)人員生命財產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞 衛(wèi)星熱紅外遙感;地面沉降;監(jiān)測;分析

引言

地面沉降是一種由于地殼運動、地震以及礦產(chǎn)資源開發(fā)等引起的地面沉降自然地質(zhì)災(zāi)害。根據(jù)地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)分，可分為構(gòu)造層地面沉降、采空層地面沉降、抽水層地面沉降，三種類型。當(dāng)前，地面沉降已經(jīng)逐漸發(fā)展成為一種普遍的地質(zhì)災(zāi)害[1]。一旦發(fā)生地面沉降將會對周圍建筑及生產(chǎn)設(shè)施造成嚴(yán)重的破壞，對于建設(shè)行業(yè)以及礦產(chǎn)資源的開發(fā)帶來不利影響，更嚴(yán)重的則會造成海水倒灌，因此針對地面沉降的監(jiān)測具有十分重要的價值意義。傳統(tǒng)地面沉降監(jiān)測的方法包括水準(zhǔn)測量、全站儀等，但其復(fù)雜程度較大，并且監(jiān)測成本較高，無法滿足現(xiàn)代地面沉降監(jiān)測需要[2]。衛(wèi)星熱紅外遙感技術(shù)是一門綜合性科學(xué)技術(shù)，涉及空間、光學(xué)、電子等多個學(xué)科和領(lǐng)域的技術(shù)知識。衛(wèi)星熱紅外遙感以人造衛(wèi)星作為平臺，根據(jù)平臺當(dāng)中衛(wèi)星與地球之間的對應(yīng)位置，通過攝影、掃描等操作將遙感信息傳輸并處理，從而識別地面物質(zhì)的運動狀態(tài)以及各項性質(zhì)[3]。因此，本文將開展衛(wèi)星熱紅外遙感在地面沉降監(jiān)測與分析中的應(yīng)用研究。

1基于衛(wèi)星熱紅外遙感的地面沉降監(jiān)測方法設(shè)計

首先，利用衛(wèi)星熱紅外遙感設(shè)備獲取被監(jiān)測地面的地形像對干涉圖和形變像對干涉圖通過處理，獲取其相干系數(shù)圖以及干涉相位圖[4]。圖1為衛(wèi)星熱紅外遙感成像幾何示意圖。

圖1中，M1和M2分別表示為衛(wèi)星在地面未發(fā)生沉降變形時獲取到的圖像，則由O點返回的信號可用如下公式表示：

公式（1）中，T1表示為由O點返回到M1時的信號;N1表示為信號的傳輸距離。根據(jù)公式（1）推導(dǎo)出從O點沿N2和N3傳輸路徑返回的信號T2（N2）和T3（N3）。為獲取的遙感影像中的地面沉降信息，還需要將被監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的地表信息消除，通過干涉相乘形成干涉文圖，保證在干涉相位當(dāng)中只包含地表沉降變形信息[5]。再根據(jù)傳輸?shù)倪b感信號，得到最終被監(jiān)測區(qū)域地面形變相位，實現(xiàn)對地面沉降的實時監(jiān)測。

2實驗論證分析

選擇某地區(qū)水土保持建設(shè)區(qū)域的地面作為本文實驗的監(jiān)測對象，在該區(qū)域地面上劃分3個監(jiān)測點，分別利用本文監(jiān)測方法與傳統(tǒng)監(jiān)測方法對3個監(jiān)測點分別進(jìn)行監(jiān)測，并將地面的沉降情況進(jìn)行記錄。為保證實驗結(jié)果的公正性，數(shù)據(jù)來源均為ERS衛(wèi)星數(shù)據(jù)信息，從遙感影像上提取相同的圖像進(jìn)行監(jiān)測。表1為兩種監(jiān)測方法得到的區(qū)域地面沉降值與實際沉降值對比結(jié)果表。

由表1中數(shù)據(jù)可以得出，本文監(jiān)測方法沉降值與實際沉降值相差±0.01cm，符合《地表沉降外業(yè)監(jiān)測規(guī)范》的高精度要求，而傳統(tǒng)監(jiān)測方法沉降值與實際相差±0.69 cm，與實際偏差較大。因此，通過實驗證明，本文提出的基于衛(wèi)星熱紅外遙感的地面沉降監(jiān)測方法具有更高的監(jiān)測精度，在實際地面沉降監(jiān)測作業(yè)中，利用本文監(jiān)測方法可以有效提高監(jiān)測質(zhì)量，為后續(xù)建設(shè)施工提供精確數(shù)據(jù)支撐，保證作業(yè)人員的人身安全。

3結(jié)束語

通過本文設(shè)計的基于衛(wèi)星熱紅外遙感的地面沉降監(jiān)測方法，將其應(yīng)用于實際可以實現(xiàn)對地面沉降的高精度監(jiān)測，有助于在建設(shè)施工中及時發(fā)現(xiàn)地質(zhì)變化情況。本文監(jiān)測方法雖然可以監(jiān)測地面的變形，但受到質(zhì)量以及技術(shù)水平的制約，無法獲取到連續(xù)性的沉降結(jié)果，因此，在后續(xù)研究還將對這一方面問題進(jìn)行深入研究。

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作者簡介

梁樂民（1988-），男，廣東廣州人;學(xué)歷：碩士，職稱：審查員，現(xiàn)就職單位：國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，研究方向：光學(xué)。