结合 GNSS 与 InSAR 技术的矿区地表形变监测模型构建

引言

矿区地表形变监测对预防地质灾害、保障生产安全意义重大。单一监测技术难以兼顾精度与范围，GNSS 的单点高精度与 InSAR 的大范围覆盖形成互补潜力。结合两者技术的矿区地表形变监测模型构建，正是瞄准这一技术融合空间，通过优势互补突破各自局限，实现对矿区地表形变更全面、精准的捕捉。这一研究为深入掌握矿区形变规律、制定科学防治策略搭建桥梁，为后续模型的具体构建与应用奠定基础。

一、GNSS 与 InSAR 技术在矿区地表形变监测中融合的瓶颈

GNSS 与 InSAR 技术在矿区地表形变监测中的融合，受数据特性与环境因素制约，存在多重技术瓶颈，影响融合精度与稳定性。首先，数据时空基准不匹配是基础性障碍。GNSS 以离散点监测，时间采样频率高、可灵活调整，输出三维坐标序列；InSAR 通过面状成像获取大范围形变信息，时间采样受卫星重访周期限制，数据为二维相位图。点面数据结构与时间采样机制差异，导致时空配准出现系统性偏差，在矿区形变快速变化阶段，会造成数据融合时的时间尺度错位。其次，系统误差的交叉干扰加剧融合难度。InSAR 相位测量易受大气延迟、地形残差影响，误差难量化；GNSS 单点精度高，但观测值含接收机噪声与多路径效应，空间分布稀疏，无法为 InSAR 提供全域性误差校正基准。矿区剧烈形变梯度下，两种技术误差会相互叠加。再者，矿区复杂环境干扰形成特异性瓶颈。矿区工业设施与构筑物会遮挡 GNSS 信号，导致数据空白；InSAR 在植被覆盖区易出现相干性降低、相位信息丢失，雨季更显著。此外，矿区开采引发的地表震动会影响两种技术观测数据，增加融合时异常值识别难度。最后，数据尺度与分辨率的差异制约融合效果。

二、矿区地表形变监测中 GNSS 与 InSAR 数据融合的优化方法

矿区地表形变监测中 GNSS 与 InSAR 数据融合的优化，需针对融合瓶颈构建系统性解决方案，通过时空基准统一、误差协同校正、环境干扰抑制等技术手段，提升融合精度与可靠性。时空基准的协同校准是融合的基础。建立动态时空配准模型，采用插值算法将 GNSS 高频点数据与 InSAR面数据在时间维度上对齐，通过滑动窗口匹配技术消除采样周期差异导致的时间错位。空间上通过坐标转换参数精化实现两者基准统一，利用矿区已知控制点的三维坐标约束，将 InSAR 的二维相位信息映射至 GNSS 坐标系统，形成全域一致的空间参考框架，确保点面数据在几何位置上的精准匹配。系统误差的协同抑制可有效降低干扰。利用 GNSS 高密度观测数据构建区域大气误差模型，通过时空插值生成 InSAR 覆盖范围的大气延迟校正场，削弱 InSAR 相位中的大气影响。针对 InSAR 地形残差，引入 GNSS高程数据优化干涉处理中的地形校正环节，提升相位解缠精度。同时，采用卡尔曼滤波算法融合两种技术的观测值，动态估计 GNSS 多路径效应与InSAR 相干性损失导致的误差，实现误差的相互补偿而非叠加。

环境干扰的适应性处理需针对性优化。对 GNSS 信号遮挡区域，结合InSAR 相干性特征识别数据空白区，采用基于形变梯度的空间插值方法，利用周边 GNSS 点与 InSAR 面数据重构空白区形变信息。针对 InSAR 植被干扰问题，引入时序相干性分析筛选稳定散射体，结合 GNSS 在植被区的实测数据建立植被影响校正模型，提升相位信息的可靠性。通过小波阈值去噪算法分离矿区震动引发的非形变噪声，保留真实形变信号，降低异常值对融合结果的影响。数据尺度的自适应转换可平衡精度与连续性。构建多尺度融合框架，采用克里金插值法将 GNSS 高精度点数据扩展为面状分布，同时通过降尺度处理优化 InSAR 数据的空间分辨率，使两者在尺度上相互适配。

三、基于 GNSS 与 InSAR 融合的矿区地表形变监测模型的实践应用

基于 GNSS 与 InSAR 融合的矿区地表形变监测模型实践应用，要将技术转化为监测流程，通过数据采集、模型运算与成果应用，为矿区安全管理提供支撑，应用中需兼顾技术与矿区实际适配性。

监测网络科学布设是应用基础。加密 GNSS 监测点时，结合开采进度与历史数据，优先覆盖高危地段，形成“重点区域密集、全域均匀分布”点网结构，确保单点精度与面状数据校正控制点；规划 InSAR 观测范围时，匹配矿区边界与地质单元分布，通过多轨卫星数据拼接扩大覆盖，兼顾全域与重点区域变化。此外，GNSS 站点避开信号遮挡源，采用混凝土基座与强制对中装置；InSAR 数据根据地形选轨道与成像模式，减少相干性损失，为融合模型提供高质量数据。

数据处理标准化流程是应用核心。GNSS 观测数据接入处理中心，用精密星历与气象参数解算，经卡尔曼滤波消除误差，输出三维形变序列与精度指标；InSAR 数据经多视处理等，结合高程模型去除地形相位，滤波抑制噪声，生成初始形变图。通过融合模型时空配准模块，统一 GNSS 与InSAR 数据，用贝叶斯估计协同校正误差，以 GNSS 实测值优化 InSAR 结果，用克里金插值填补 GNSS 空白，形成全域一致形变监测成果。

成果多维度应用体现实践价值。将融合数据导入地理信息系统，与开采参数关联分析，通过面板数据模型识别响应关系，为优化开采参数提供依据。对形变速率超标区域，触发预警模块，生成预警信息推送至安全管理系统，辅助制定应急方案，联动监控核查。

结语

结合 GNSS 与 InSAR 技术的矿区地表形变监测模型构建，有效突破了单一技术局限。通过解决融合瓶颈、优化融合方法，实现了高精度、大范围的形变监测。该模型为矿区地质灾害预警和资源规划提供精准数据，助力保障生产安全与生态稳定。未来持续完善模型，可进一步提升监测效能，为矿区可持续发展提供更强支撑。

参考文献：

[1]杨元喜，李敏.GNSS 与 InSAR 数据融合的矿区形变监测方法[J].测绘学报，2023,52(7):1089-1100.

[2]陈俊勇，王敏.矿区地表形变监测网络优化布设技术研究[J].武汉大学学报(信息科学版),2024,49(2):231-238.

[3]李建成，章传银.多源遥感数据融合的矿区沉陷监测模型[J].遥感学报，2023,27(5):923-935.