“领跑者5000”文章|李如仁等：基于InSAR-COMSOL的露天矿边坡稳定性分析及形变预测

对露天矿边坡进行长期科学有效的形变监测，探究其稳定性状况及变形趋势，是推动矿山绿色安全建设的基本保障。基于合成孔径雷达干涉测量（InSAR）发展而来的短基线子集（SBAS-InSAR）技术，能够克服空间失相干、大气效应等影响，敏锐捕获时空维动态演变，实现大面积、高精度（毫米级）、低成本的地表形变连续监测。为科学分析矿区边坡稳定性，除地表变形监测外，还需借助数值模拟方法展现矿坑边坡岩土体损伤裂化过程，揭示其内部失稳变形机制。同时，滑坡是非线性动力学演化过程，将粒子群算法（PSO）引入LSTM模型中进行边坡位移预测，以实现核参数的科学优化，解决数据精度无法把控的问题。

鉴于此，沈阳建筑大学李如仁团队通过选取Sentinel-1A雷达影像，利用SBAS-InSAR技术获取某露天矿的地表形变时序信息，分析沉降时空演化规律，并运用COMSOL模拟对典型沉降区的坡体滑移规律及形变机理进行讨论，并进一步提出了一种基于PSO优化LSTM网络的预测模型，对典型沉降区进行形变长时序预测及预测精度评析。相关研究成果已入选2024年度“领跑者5000”（中国精品科技期刊顶尖学术论文）

基于SBAS-InSAR 的矿区沉降监测

BAS-InSAR作为一种时序InSAR测量技术，减少了时空失相干和大气延迟的影响，能够有效提高单视复数影像的利用率。其基本思想是根据不同空间基线阈值将影像划分为多个短基线子集，然后对每个子集空间内的干涉像对进行差分干涉，最后通过最小二乘法求出各子集空间含形变相位估计值的最小二乘解，得到地表累积形变时间序列。

试验采集了时间跨度为2018年5月—2020年6月的62景Sentinel-1A(哨兵一号)卫星升轨数据。所用DEM数据为NASA提供的STRM-DEM数据，绝对高程精度约30 m，STRM-DEM通过外部模拟地形相位去除平地和地形相位。精密轨道星历由ESA提供，通过导入精密轨道数据能够去除轨道误差。

经对数据处理分析，认为在强降雨条件下，在雨水冲刷、浮托力、非饱和土吸水膨胀等因素共同作用下，边坡稳定性显著降低，形变周期项随降雨量的变化而剧烈波动。为评价降雨对露天矿边坡稳定性的影响，实现边坡稳定性的全面科学分析，有必要对强降雨作用下的岩土体力学响应过程进行数值模拟。

SBAS-InSAR时空基线分布

基于COMSOL的边坡稳定性分析

作者简介

李如仁

沈阳建筑大学交通学院教授，博士生导师，多年来一直从事测绘、地理信息、遥感及其相关的教学和科研工作，兼任美国东密西根大学空间地理研究所研究员，中国地理信息产业协会理论与方法委员会委员、国际华人地理信息科学协会（CPGIS）终身会员。主持国家自然科学基金面上项目、中国煤炭工业协会重大研发项目、上海市科委创新基金、辽宁省科技攻关计划等近30项科研课题。参与完成了美国国家科学基金会、美国商务部、美国国家海洋和大气管理局、加拿大农业部、加拿大人文科学协会等资助的多项科研项目。其中“地基SAR、GPS和测量机器人边坡形变综合监测技术研究”“GNSS智能监测系统”分别获2016及2017地理信息科技进步二等奖。主持及参与教学研究类项目3项，发表学术论文50余篇，被SCI、EI收录近30篇；编写教材2部（其中英文教材1部），发明专利1项；专著5部。

《金属矿山》简介

《金属矿山》由中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司和中国金属学会主办，主编为中国工程院王运敏院士，现为北大中文核心期刊、中国科技论文统计源期刊（中国科技核心期刊）、中国精品科技期刊（F5000顶尖学术论文来源期刊）、中国百强报刊、RCCSE中国核心学术期刊（A）、中国期刊方阵双百期刊、国家百种重点期刊、华东地区优秀期刊，被美国化学文摘（CA）、美国剑桥科学文摘（CSA）、波兰哥白尼索引（IC）、日本科学技术振兴机构数据库（JST）等世界著名数据库收录。主要刊登金属矿山采矿、矿物加工、机电与自动化、安全环保、矿山测量、地质勘探等领域具有重大学术价值或工程推广价值的研究成果，优先报道受到国家重大科研项目资助的高水平研究成果。根据科技部中国科技信息研究所发布的《2024中国科技期刊引证报告（核心版）》，《金属矿山》核心总被引频次位列26种矿业工程技术学科核心期刊第1位；根据中国知网发布的《中国学术期刊影响因子年报》（2024版），《金属矿山》学科影响力位居73种矿业期刊第9位。

供稿：曾文旭

编排：余思晨

审核：王小兵

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