匈牙利佩奇地区采矿后人造变形的时空演化：基于PS-InSAR和大地测量数据的多传感器比较评估方法 作者：Dániel Márton Kovács、István Péter Kovács 和 Levente Ronczyk

《Geomatics》：Spatiotemporal Evolution of Post-Mining Deformations in Pécs, Hungary: A Multi-Sensor Approach Using Comparative Assessment of PS-InSAR and Geodetic Data Dániel Márton Kovács, István Péter Kovács and Levente Ronczyk

　　

自20世纪90年代匈牙利佩奇东北部地下煤矿关闭以来，采后地表抬升一直影响该区域。本研究综合了30年的SAR数据（ERS、Envisat和Sentinel-1）与大地测量调查、地下水监测以及超过900份住宅损坏报告，以探究该变形的时空演变。在密集的城市建成环境中，持久散射体干涉测量（PS-InSAR）为传统水准测量提供了空间上详细补充数据，尤其是在测量线路覆盖有限的情况下。所进行的组合分析跟踪了从初始抬升到稳定的变形过程，揭示了一个清晰的转变：早期低阶测量显示有限的相关性，而现代Sentinel-1数据和高阶大地测量调查（2014年后）显示出强相关性（R = 0.65）。InSAR结果与大地测量和水文地质记录的交叉相关表明，到2010年代含水层恢复与地表稳定性的出现相一致。虽然1990年代超过90%的住宅损坏索赔位于测量变形区内，但这种关系随时间减弱，最近的索赔与地面运动的空间联系很小。这凸显了InSAR与大地测量技术的互补优势，并展示了整合岩土工程和社会经济数据集的价值，为采后城市环境中可靠的变形监测和风险管理提供了可转移的框架。

**研究背景与问题**
采后地表变形（如沉降或抬升）对采矿后城市基础设施构成复杂岩土工程挑战，需要综合监测策略以确保安全。传统大地测量技术（如精密水准测量和全球导航卫星系统（GNSS））在离散点具有高精度，但劳动密集、空间覆盖有限。星载合成孔径雷达（SAR）应用，特别是持久散射体干涉测量（PS-InSAR），能以毫米级精度覆盖大范围，成为有效补充或替代方法。然而，将InSAR结果与历史大地测量数据集整合仍具挑战，尤其在复杂城市环境中，近地表过程（如膨胀黏土）使解释复杂化。此外，现有研究缺乏长期多源框架来捕捉采矿后稳定化的全生命周期，且变形-水文-社会影响的耦合不足，岩土力学测量和水文地质数据很少与后续社会经济后果（如住宅损坏）相关联。为此，研究人员针对匈牙利佩奇东北部采后地表抬升区域，开展了一项多传感器比较评估研究，旨在建立统一的评估框架，分析地质复杂的城市区域受承压含水层静水回复影响数十年的地表抬升演变。论文发表在《Geomatics》。

**主要技术方法**
研究人员采用PS-InSAR技术处理了三代星载SAR数据（ERS、Envisat和Sentinel-1），并结合传统大地水准测量（包括高精度水准测量网络，由BVH公司提供历史数据）、地下水监测井数据以及来自BVH的超过900份住宅损坏投诉报告。数据分析中使用了缓冲区分析、回归克里金（Regression Kriging, RK）空间预测方法，以及相关性和均方根误差统计评估。样本队列来源为匈牙利佩奇东北部14 km2的矿区及周边居民区。

**研究结果**
**3.1 干涉测量结果**：PS-InSAR分析揭示显著时空变化：20世纪90年代最大抬升速率达+13.6 mm/年（下降轨道），Envisat时期（2002–2010）降至+4.6 mm/年，Sentinel-1时期（2014–2022）进一步降至3.1 mm/年，表明地表从抬升过渡到稳定。距离矿井中心线500 m内平均抬增速率为7.95 mm/年（ERS），而Sentinel-1时期该区域平均速率接近0，证实稳定化。
**3.2 InSAR与大地测量对比**：ERS时期（1992–2001）InSAR与水准测量相关性弱（R = 0.28, p > 0.05），RMSE为4.434 mm；Envisat时期（2002–2010）无线性关系（R = ?0.14, p > 0.05），RMSE为1.904 mm；Sentinel-1时期（2014–2022）呈现强相关性（R = 0.65, p < 0.001），RMSE降至0.781 mm，表明高精度吻合。回归克里金（RK）在ERS和Envisat时期因数据噪声和空间稀疏性效果不佳，Sentinel-1时期标准误差降至0.88 mm，确认稳定化。
**3.3 监测井**：地下水水平与Sentinel-1 PS点速率呈弱至中等正相关（R = 0.08–0.43），而承压含水层（MCFA）水位与PS点速率无显著关系（R < 0.1, p > 0.05），表明地表已稳定，仅存季节性波动。
**3.4 建筑损坏**：约三分之二索赔与地下水有关。ERS时期基于InSAR的变形区内索赔接受率超90%（399/442），而区外仅25.5%；Envisat时期InSAR区接受率75.9%，与区外73.1%相近。Sentinel-1稳定期仅6件新索赔，来自先前显示残余变形的区域但当时已稳定。

**讨论与结论**
讨论指出，20世纪90年代低阶水准测量受近地表土壤膨胀干扰，与InSAR不匹配；Envisat时期相关缺失反映稳定化过程而非方法失败；Sentinel-1时期高相关性证明InSAR与高阶水准测量融合的可靠性。水文地质恢复（至2010年）与变形停止吻合，住宅损坏多由浅层膨胀黏土而非深层过程导致。结论总结：整合InSAR与大地测量可提供高空间细节，优于传统网络；此多传感器融合策略为采矿影响区域的地表变形监测、土地利用规划和索赔评估提供了可转移框架。