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摘要：基于传统采空区调查方法存在技术落后，效率低，成本高的问题，本文尝试利用全球导航卫星系统、低空摄影测量、无人船水下测量等综合技术获取采空区多时空空间地理信息数据，D-InSAR与GNSS远程监测技术结合GIS平台进行采空区沉陷调查与监测。最后，以某矿区采空区为监测对象，通过多技术融合实现了高效、高精度稳定监测。该融合技术为推进矿区资源利用、土地规划、地质环境整治、地质灾害防治，有重要的现实意义。
关键词：采空沉陷；调查；监测；多技术融合
1.引言
煤、铁、石膏等资源储量在我国十分丰富，对各种资源的开采利用已经有了近千年的历史背景。特别是近百年来，随着长期大规模、高强度的开采，形成了大面积采空沉陷区，对矿区的土地利用、土塘结构、地表设施、地下水体及矿区地质环境造成了极大破坏，对矿区生态环境和人民生活产生极大的影响。为了推进区域可持续发展，促进生态文明建设，探索对采空沉陷区综合治理的统筹规划和科学评估机制 [1-3]。随着测绘科学的发展，智能化的地理空间信息数据采集与融合技术，成为采空沉陷调查与监测的主要技术手段[4-6]。
本文通过倾斜无人机技术获取采空区地形图信息；利用无人船水下测量技术获取采空区积水区域水下地形图；两种技术的融合实现采空区全区域地形图的获取。D-InSAR技术与 GNSS远程监测预警技术相结合实现采空区监测，大大提高作业效率的同时精度也有保证。
2.多技术融合采空区全要素地形图采集
对采空沉陷区域的调查，除了要进行成矿因素、开采参数、采空行成等背影因素的调查外，最重要的是获取精准的采空区地形信息，利用现代智能化空间信息技术，对采空区域地表信息进行采集。
2.1GNSS数据采集技术
传统的地表信息数据采集主要采用数字化地形测量技术，它是以全站仪（或GPS接收机）和计算机为核心，连接绘图仪等输入输出设备，实现野外地图测绘的自动化和数字化的过程，它是长期以来人们建立地表地理信息模型的重要环节和基础。以RTK技术和免棱镜全站仪技术相结合的全野外数据采集是近十年来比较成熟的地表地形数据采集技术，特别是卫星定位连续运行参考站系统（CORS）的发展和我国北斗卫星导航系统（BDS）的投入，使得全野外数据采集具有更加精准、实时、快速的特点，数据采集的效率和精度有了质的飞跃，在沉陷采空地表信息采集也起到了较为重要的作用，但是，由于沉陷采空区具有分布范围广，分布零散，地形复杂等特点，全野外数据采集需要作业人员大量的野外体力劳动，采空边沿、积水区等区域无法保障作业人员的安全，作业效率受到一定的影响[7]。
2.2无人机摄影测量技术
无人机低空摄影测量技术，以获取高分辨率数字影像为应用目标，以无人驾驶飞机为飞行平台，以高分辨率数码相机为传感器，通过3S技术在系统中的集成应用，最终获取小区域、真彩色、大比例尺、现势性强的航测数据[8]。采空沉陷调查中，采用无人机低空摄影测量技术，主要利用它机动、快速、经济等优势，快速获取地表信息数据，从而将大量的野外工作转入内业，既能减轻劳动强度，又能提高作业的效率和精度。
飞行后，内业利用MapMatrix、PIX4D等摄影测量系统数据处理软件，实现从影像匹配、空三平差及DOM\DSM数字成果生产的全过程流程，为沉陷区调查提供多源多媒体的数字地表信息成果。通过中国矿业大学等机构的研究及我单位调查过程中的实证，其数学精度能够达到大比例尺地形图的精度要求，完全满足采空沉陷调查的应用。
2.3无人船水下测量技术
采空引起的地表沉陷形成了大量的积水区域，对积水区的调查，需要采集水下的地形数据，传统作业主要以人工使用RTK配合测绳、测杆、测深仪等通过皮划艇、租船的方式完成。
采空积水区深浅不一，水下地形复杂，零散分布且不予其他水系联通，找船、租船及船只的转移运输困难大、成本高，下水测量较为危险并且作业时间较长；对于皮划艇，水上设备难以固定，故此精度的要求常常使作业者头疼；因此，为解决上述困难，在调查中，我们采用无人船水下测量技术[10]。
中海达iBoat BS2 智能无人测量船船体小巧，携带方便，速度快，航行稳。采用可拆卸模块化涵道式推进器设计，在防渔网、水草等杂物缠绕的优异性能之上，具有维护方便，灵活更换的使用特性。在调查中，作业人员通过基站系统进行作业设计，可以实现全自动无人化作业、自主导航、定点自主返航、智能避障等功能，根据作业环境随时切换自动/手动控制模式，通过测量船与SXCORS的配合，采用无验潮方式直接测量水深，进行吃水改正后与RTK测量数据相结合，测量数据可以直接传输到岸基的操控平台，直接输出符合规范精度要求的水深和水下高程数据，精准实现水下地形数据的智能化采集。
3.沉陷监测与预警多技术融合
采空沉陷是一个动态的过程，在获取地表空间位置信息的基础上，必须对这一过程实施综合的动态监测，以掌握其变形规律，预防地质灾害的发生。
3.1一般地面监测方法
一般的地面监测方法主要是设置地面观测点或观测网，利用水准测量、三角高程等测量手段，通过实测数据对地面塌陷进行分析。其优点是组织容易、实施简单，缺点是工作量大，只能是通过观测点进行定期分析，不能完整、准确地反应采空塌陷的时空变形规律。
3.2合成孔径雷达差分干涉测量（D-InSAR）
合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术使用星载或机载雷达信号的相位信息提取地表三维数据，能全天候、全天时地获取大面积地表精确三维信息，空间分辨率高，不受气候条件的影响。在InSAR基础上扩展的差分干涉技术（D-InSAR）可测量微小的地表变形，是目前监测区域性采空沉陷变形的有效手段，可以精准地反应沉陷区域的整体变形规律。
3.3GNSS远程监测预警技术
D-InSAR技术可以全面掌控采空沉陷地表的整体变形规律，而高精度的GNSS技术可以对沉陷区局部或某个采空矿点进行全天候的监测，以预报预警采空地质灾害的发生。在某矿区采坑沉陷的监测中，我们使用了埋深于采空顶板岩层的基岩标，安置GPS、BDS等多星接收系统，通过多系统联合解算，进行采空变形的实时精准监测，并通过数据远程传输技术，将监测数据实施传输到监测人员手中，构建集监测、传输、预报、预警于一体的智能化、网略化监测平台。
4.结论与展望
利用全球导航卫星系统（GNSS）、低空摄影测量、无人船水下测量等智能化技术为沉陷采空区的调查监测提供了高精度、多源化、多时空的空间信息数据，多种技术的融合实现了采空区无死角的地形要素的获取。采空区沉降分析过程依靠D-InSAR技术与GNSS远程监测预警技术实现采空区全天候多时段监测与分析，通过可视化、智能化的输出手段，为矿区资源利用、土地规划、地质环境整治、地质灾害防治提供决策依据。
将来利用大数据技术与决策系统等更多的人工智能技术相融合，实现将矿区地理信息数据库和土地管理、环境监测等专业模块相结合起来，融合采空区的时空背景，研究采空沉陷区域的时空演变、生态演变、人文演变，对推动采空沉陷区调查，推进地方的人居环境和可持续发展具有重要的现实意义。
参考文献：
[1]中国煤炭工业协会.国家煤炭科技十二五规划.2010
[2]胡炳南，张文海，高庆潮，等. 矸石充填巷式开采永久煤柱试验研究[J]. 煤炭科学技术，2006，34（11）：46-48.
[3]张元功，董凤宝.城镇建筑群下矸石充填开采新技术的研究与实践[J]. 煤矿开采，2008，13（01）：31-33.