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InSAR技术在形变灾害监测中的研究进展

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图2
InSAR 数据处理过程
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InSAR 技术最新进展国内外学者源自过对大量 SAR 图像的研究, 发现
在城区和岩石地区, 在长时间范围内仍然存在相位 和幅度变化稳定的点。利用这些稳定点上的相位特 征 , 可以进行长时间尺度上的地表形变分析。最新
GPS 数据和水准数据进行了对比, 表明了 PS 测量的 [ 4] 准确性和有 效性。 W oraw attanam ateeku l等人 研 究了泰国 Bangkok 城区的形变 , Jun 等人研究了北京 地区的形变, 他们都取得了很精确的形变结果。 PS 技术的引入, 大大提高了 InSAR 技术监测地表形变 的精度, 使该方法的应用前景更加广阔。 2 3 小基线集 ( SBAS) 方法 Berard in o 和 L anari 等 人 提 出 了 小 基 线 集
用合成孔径雷达干涉测量技术 ( InS AR)监测地表 形变是目前地质灾害研究的热点。 InSAR 以 SAR 复数 据所承载的相位信息为信息源获取地表的三维信息和 变化信息, 它通过两副天线同时观测 (单轨模式 ), 或者 两次近平行观测 (重复轨道模式 ), 获取地面同一景观 的复图像对, 根据复图像上产生的相位差生成干涉纹 图, 干涉纹图中包含了斜距向上的点与两天线位置之 间的精确信息。因此, 利用传感器高度、 雷达波长、 波 束视向及天线基线距之间的几何关系, 可以精确地测 量出图像上每一点的三维位置和变化信息 。运用 InSAR 技术进行形变灾害监测, 不仅能够反映地表形 变的静态信息, 而且可以反映地表形变的动态变化规 律, 通过对形变区的相关测量, 可以探测地表形变的早 期信号, 有助于确定形变的范围和预测潜在事件发生 的可能性, 通过记录相关特征的变化史, 建立灾害的演 变模型, 有效地制定减灾措施。
3 InSAR 技术在形变灾害监测中的 应用现状
3 1 地面沉降监测 地面沉降是一个世界性的难题 , 均匀地地表下 沉不会对建筑物或城市基础设施产生大的影响 , 但 不均匀地地面下沉会严重威胁城市建筑和公路桥梁 的安全。由于城市周围一般地势比较平坦 , 植被相 对较少 , 雷达反射的相关性较好 , 容易获得质量较好 的干涉图像 , 因而是进行 InSAR 技术应用的理想领 [ 6] 域。国内外已有诸多实例。 B iegert等 ( 1997) 应 用美国加州 Be lridge和 L ost油田重复测量的合成孔 径雷达数据对该区的地而沉降进行了研究 , 结果显 示 70 d内沉降量达到 6 cm, 此结果与该区每年 30 cm 的地面沉降速率相吻合。 M arcovander( 2001) 对 该油田地面沉降的研究也证明了 InSAR 技术用于 地面沉降的可行性。李德仁等 ( 2000) 利用欧空局 ERS 1 和 ERS 2 相隔 1d 的重复轨 道 SAR 数据, 经 过差分处理对天津市地面沉降进行研究, 得到反应 地 面 沉 降 大 小 及 分 布 的 干 涉 条 纹 图。此 图 与
2 般通过曲线插值和拟合的方法来实现。
淮海工学院学报 ( 自然科学版 )
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2009 年 12 月
( 2) 干涉图像形成 : 把两幅图像共扼相乘产生 干涉复数图像, 即干涉相位图, 其中包含目标点的高 度信息。为降低斑点嗓声 , 单视复数图像还要经过 多视平均 !处理得到多视复数图像 , 但这会降低空 间分辨率。 ( 3) 平地相位去除: I N SAR 干涉图中的相位由 两部分组成 , 一是地形的相对高度变化, 二是平地随 距离向位置的不同所引起的变化, 即平地在干涉条 纹图中所表现出来的距离向和方位向的周期变化。 为了简化相位展开处理 , 在相位解缠前先要把平地 效应去掉, 这个过程称为平地相位去除。 ( 4) 相位解缠: 由于干涉相位图的条纹是由相 位差形成的 , 它与地面位置直接相关的相位 以 2# 为模, 即只能测量出不足一个周期内的相位差 , 包含 了 2n#的模糊度。因此为了计算目标点的高程 , 必 须解出相位模糊度, 给相位侧量值加上 2n #的相位 周期。这种求解 2#模糊性问题的技术称为相位解 缠 , 它类似于 GPS 相位 测量中的整周模糊度问题 , 是一项重要 而有难度的工 作。 I N SAR 相位解缠方 法主要有分支切片法、 条纹检测法、 K al m an 滤波法 和最小二乘法等。 ( 5) 基线确定: 传统的基线确定方法是利用两 幅 SAR 图像之间的成像处理来补偿由卫星轨道参 数计算得到的基线。这种方法简单 , 但精度差。现 在采用地面标志点方法可以得到精确的基线估计。 ( 6) 数字高程模型 ( DEM ) 的建立 : 得到相位和 基线参数之后可计算出地形高度, 从而建立 DEM。 InSAR 数据处理流程如图 2 所示。
收稿日期 : 2009 10 11 ; 修订日期 : 2009 11 10 基金项目 : 江苏省测绘科研项目资助 ( JSCHKY 200902) , 江苏省高校自然科学研究项目资助 ( 09K JB420001) 作者简介 : 焦明连 ( 1963- ) , 男 , 河南商丘人 , 淮海工学院测绘工程学院教授 , 主要从事空间信息和测绘教育研究。
第 18 卷 专辑 2009 年 12 月
淮海工学院学报 ( 自然科学版 ) Journa l of Hua ihai Institute of T echno logy( N atural Scien ce E d it ion )
V o.l 18 S. I . D ec . 2008
DO I : 10 . 3969/ .j jssn. 1672 6685. 2009. S0 . 001
专辑
焦明连等 : InSAR 技术在形变灾害监测中的研究 进展
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( SBAS)方法, 研究大尺度上的形变。 SBAS 方法将所 有获得的 SAR 数据组合成若干个集合, 原则是集合 内 SAR 图像基线距小, 集合间的 SAR 图像基线距大。 对每个小集合的地表形变时间序列可以很容易利用 LS 方法得到, 但是单个集合内时间采样不够。为了 解决这个问题, 利用奇异值分解 ( SVD) 方法将多个小 [ 5] 基线集联合起来求解 。与 LS 方法和 PS 方法相比, 小基线集方法限制了长基线导致的几何去相干, 而且 使更多的 SAR 图像参与到形变计算, 增加了时间上 的采样。因此, 它比前两种方法更先进。 Berardin o 等 人利用 SBAS 方法研究了意大利南部的 Cam pi F legrei 火山口和 Nables市区在空间低分辨率下 ( 约 100 m # 100 m ) 的时间序列形变。利用了 1992∀ 2000 年之间 的 44幅 ERS 数据, 组成了 3 个小基线子集 , 70 幅差 分干涉图, 集内垂直基线距小于 130 m。研究结果表 明, 在火山口区域 , 一直存在缓慢的沉降, 累积沉降达 到 20 cm。到 2000 年, 又开始呈隆起趋势, 这样的结 果与测量部门的实测数据很好的吻合。随着 Envisat 的升空, 他们还在同一地区探讨了利用 SBAS 方法将 ERS 和 Env isat数据集合起来求解形变的方法, 结果 表明 , Cam pi F legrei火山口区域在 2000∀ 2001年有轻 微隆起, 自 2002 年开始, 形变开始趋于稳定。实验结 果与水准测量结果相符。此外, M ora 等人结合了 PS 和 SBAS 方法的特点, 在少量的 SAR 图像的基础上, 进一步提出了进行形变分析的方法, 并在实验中取得 了很好的结果。
的研究方法主要有以下三种 。 2 1 最小二乘 ( LS)方法 1999 年 , U sai研究发现, 人造目标 ( 如桥梁、 道 路、 铁路和建筑物等 ) 在长时间序列的 SAR 图像上 仍然能够保持高相干性, 由此提出了一种利用多幅 干涉 SAR 图像反演地表形变的时间序列的方法, 该 方法将求单个 SAR 图像形变的问题转化到一个最 [ 2] 小二乘的问题。从原理 可知 , LS 方法将形变过程 考虑为线 性的 , 没有 考虑相 位解 缠中 的误差 h 和 DEM 误差 , 它给出的是整体意义上的最优解。对于 大气影响 , LS 方法并没有给出检测和分离的方法, 但是它在整体上类似于一个平均的过程 , 因此 U sa i 认为 , LS 方法对大气影响相位也是有一定消除作用 的。利用 LS 方法, U sa i研究了意大利 N aples 市的 Phleg rean 地区 在 1993∀ 1999 年期 间的形 变, 她用 20 幅 ERS 1 / 2 图像 , 生成了 43 幅干涉图。研究表 明整个地区一直处于下沉状态, 沉降中心的形变达 到 22 5 cm, 平均下沉速率为 0 3 cm /month 。这与 GPS 和水准测量的结果非常一致。 2 2 永久散射体 ( PS) 方法 永久散射体 ( PS)方法是通过选取一定时期内表现 出稳定干涉行为的孤立点, 克服许多阻碍传统雷达干 涉技术的分辨率、 空间及时间上基线限制等问题。在 城市或岩石裸露好的地区, 在雷达图像上可以识别出 许多不随时间改变其特征的后向散射点 (即永久散射 点 ), 这些点可以被用作估计地面累计变形的自然标 志。与传统方法相比, PS 技术的优点在于: ( 1) 非相关散射点中孤立的相关散射点可以被 识别出来 , 在像素对像素基础上, 地形位移可以被及 时追踪; ( 2) 临界基线和多普勒质心变化不再对 PS 有限制, 所有的 ERS 图像都可以被利用 ; ( 3) 由于 长的基线 , PS 的高程可以被精确确定 ; ( 4) 只要永 2 久散射点的密度足够大 ( > 5 个点 / k m ) , 应用适当 的处理方法, 可以将大气影响识别出来并从数据中 剔除。自从这种方法被提出以来 , 它己经取得了大 [ 3] 量的应用实例。 Ferretti等人 首先利用 PS 技术的 基本模型研究了意大利 Ancona 地区的滑坡以及美 国加州 Pom ona 地区的沉降 , 并将 PS 测量的结果与
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图 1
InSAR 成像示意图

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InSAR形变大数据在沿江城市中的研究与应用

InSAR形变大数据在沿江城市中的研究与应用

InSAR形变大数据在沿江城市中的研究与应用近年来，沿江城市持续面临着自然灾害的威胁，其中地质灾害是其中一大隐患。

为了准确了解地质灾害的演变趋势和影响范围，研究人员引入了InSAR（合成孔径雷达干涉测量）形变大数据，并在沿江城市中进行了广泛的研究与应用。

本文将重点探讨InSAR形变大数据在沿江城市中的研究方法和应用效果。

一、InSAR原理及数据获取InSAR技术是通过分析重复观测获得的合成孔径雷达数据，来测量地表的形变以及其导致的地壳运动。

InSAR技术主要分为两个步骤，即雷达成像和干涉处理。

雷达成像主要通过辐射能量的发射和反射来生成地表图像，而干涉处理则是将连续的测量成像结果进行相位比较，得到地表形变信息。

数据获取方面，InSAR技术主要依赖卫星上搭载的SAR（合成孔径雷达）传感器，通过周期性的观测从而获得连续的形变数据。

目前，InSAR形变数据的分辨率和覆盖范围已经大幅提高，为进行精细化的城市地质灾害监测提供了数据支持。

二、沿江城市中的InSAR形变研究1. 地质灾害监测沿江城市位于河流附近，地质灾害风险较高。

InSAR形变大数据通过对地表形变进行监测与分析，可以帮助研究人员及时发现地震活动、滑坡、地面下陷等地质灾害现象，并提前预警，为城市安全防护提供科学依据。

2. 城市地面沉降大部分沿江城市都存在地面沉降问题，这一问题严重影响了城市基础设施的安全与稳定。

通过InSAR形变数据的分析，可以准确测量地面沉降的速率和范围，为城市规划和土地资源管理提供重要参考信息，并制定相关政策和措施来遏制和修复地面沉降问题。

3. 水体变化监测河流是沿江城市重要的自然资源，但同时也给城市带来了洪涝灾害的威胁。

InSAR形变大数据可以监测到河流蓄水、退水和引起的地下水位变化等，为城市对洪涝灾害的预警和防范提供重要信息。

三、InSAR形变大数据在沿江城市中的应用效果InSAR形变大数据在沿江城市中的应用效果显著。

通过研究人员的努力，在灾害监测、资源管理和城市规划等领域取得了以下成果：1. 实时监测能力增强利用InSAR形变大数据，研究人员可以建立实时形变监测系统，及时监测到地质灾害的演变趋势，提前采取相应的预警和控制措施，从而减少损失，确保人身安全和城市稳定。

星载InSAR技术在地质灾害监测领域的应用

星载InSAR技术在地质灾害监测领域的应用

星载 InSAR技术在地质灾害监测领域的应用摘要：InSAR是一项太空对地球开展的三维成像技术，它象征着空间遥感已进入一个新的阶段，即从二维信息获取变为三维信息获取，这一巨大的变化为大地测量引来一场较大的变革，且这一项技术是研究地质灾害的先进工具。

本文论述了星载InSAR技术在地质灾害监测领域的应用。

关键词：星载InSAR技术；地质灾害监测；应用一、星载InSAR技术概述1、内涵。

InSAR技术的全称是合成孔径雷达干涉技术，是一种现代化新型地面变形测量技术和手段。

以波的干涉为主，利用平行飞行的两个分离雷达天线去获取同一个区域两幅微型图像，或利用同一个雷达对同一个区域重复飞行两次，进而获得两幅微波图像。

随着科技水平的提升，GPS技术(全球定位系统)成为了测量地面变形的主要工具和手段之一，但此技术的测量也只能得到部分离散点，在点与点间也会造成大量重要信息的丢失。

而InSAR技术的诞生，为地质灾害监测工作带来了极大的便利，不仅工作效率高，且能突破GPS技术在测点中造成的信息丢失问题，进而提升测量精度。

此外，若在地质灾害监测中，能将GPS技术和InSAR技术进行有机结合，测量效果和精度俱佳。

2、优势①大范围全天候。

星载InSAR技术通过卫星雷达获取数据，覆盖范围广，可达几百甚至上千平方公里，且卫星雷达监测可穿透云层、无昼夜之分，能实现全天候监测。

②高精度高分辨率。

SAR卫星传感器空间分辨率高，地表监测精度达厘米甚至毫米级，可连续捕获持续较慢发展的边坡活动。

③可监测人员无法进入区域，成本低。

星载InSAR技术使用卫星SAR数据，无需设置地面基准点；从经济角度来看，虽然数据成本高，但由于一次性监测和分析面积大，总体造价较低。

二、地质灾害监测领域的应用1、地震形变监测。

DInSAR技术应用于地震形变监测的研究最早可追溯到1993年。

另外，根据地震周期概念，地震周期可分为震间、同震和震后三个阶段。

其中震间阶段是指两次地震间，地壳相对稳定的运动，时间尺度从几十年到上千年；同震阶段是指地震发生时，断层发生破裂和岩石快速滑动，通常持续几秒到几分钟；震后阶段是指地震发生后的几年到几十年时间。

基于InSAR的滑坡形变探测及隐患识别研究以丹巴县城区为例

基于InSAR的滑坡形变探测及隐患识别研究以丹巴县城区为例


结合其他遥感技术和大数据分析手段，可以构建更加完善的地质灾害监测和 预警系统，为保障人类生命财产安全作出更大的贡献。
参考内容二
引言
滑坡是一种常见的自然灾害，具有突发性和破坏性强的特点。为了有效预防 滑坡灾害的发生，需要对滑坡隐患进行准确识别和实时监测。雷达遥感技术作为 一种非接触、高精度的测量方法，在滑坡隐患识别与形变监测中具有广泛的应用 前景。本次演示将围绕雷达遥感滑坡隐患识别与形变监测展开讨论，旨在为相关 领域的研究和实践提供有益的参考。
技术为滑坡隐患的早期识别提供了新的可能性。本次演示以盈江县为例，探 讨如何利用InSAR技术进行滑坡隐患的早期识别。
二、InSAR技术及其在滑坡识别 中的应用
InSAR技术是一种利用雷达干涉测量原理获取高精度地形信息的遥感技术。 通过将同一地区不同时间获取的雷达图像进行干涉，可以获取地形形变信息。这 种技术对于滑坡等地质灾害的监测具有独特优势。当滑坡发生时，会导致地形形 变，通过InSAR技术可以捕捉到这种微小的形变。
形变监测方面，主要采用GPS、InSAR等技术对滑坡体进行高精度、高频率的 监测。首先，布设监测站点，并使用GPS设备获取滑坡体的位置信息。然后，通 过数据处理和分析，提取出滑坡体的形变信息。最后，构建预警模型，对滑坡体 的形变进行实时监测和预警。
实验结果与分析
通过实验验证，本次演示所提出的雷达遥感滑坡隐患识别方法在准确率和效 率上均表现出较好的性能。实验结果表明，该方法能够有效地识别出滑坡隐患区 域，为预防滑坡灾害提供了有价值的参考信息。
在形变监测方面，通过对实际滑坡体的监测数据进行分析和处理，本次演示 所采用的方法也能够实现高精度的形变监测。实验结果表明，该方法能够有效地 监测到滑坡体的微小形变，为预警和预防滑坡灾害提供了有力的支持。
INSAR技术在地表形变测量中的应用

INSAR技术在地表形变测量中的应用

INSAR技术在地表形变测量中的应用INSAR技术，即干涉合成孔径雷达，是一种通过测量地表形变来检测和监测地质灾害的高精度技术。

它的原理是利用卫星或飞机搭载的合成孔径雷达对地表进行多次雷达波束的发射和接收，通过分析雷达波束之间的相位差异来计算地表的形变信息。

INSAR技术已经被广泛应用于地震、火山活动、地表下沉等领域的监测和研究中，下面将重点介绍它在地表形变测量中的应用。

INSAR技术的应用主要有两个方面，一是在地震研究中的应用，二是在地表下沉监测中的应用。

首先，INSAR技术在地震研究中的应用具有重要意义。

地震是地球表面发生的一种地壳运动现象，会造成地表的形变。

通过利用INSAR技术，我们可以实时监测地震带上的地表形变，进而推测地震的震源参数。

这对于地震学家来说是非常有价值的信息。

同时，在地震预警方面，INSAR技术也能够为我们提供重要指标。

通过监测地表形变的变化，我们可以提前判断地震的发生，对地震预警系统的建设具有重要的参考价值。

其次，INSAR技术在地表下沉监测中的应用也是非常重要的。

地表下沉是指地壳向下沉降的现象，通常是由人类活动或地质因素引起的。

地表下沉带来的问题包括建筑物的倾斜，地下水位的变化等。

通过利用INSAR技术，我们可以精确地测量地表的下沉情况，包括不同地点的下沉速度和下沉趋势。

这对于城市规划和土地利用具有重要意义，可以提前预防和纠正地表下沉导致的问题。

除了地震和地表下沉的监测，INSAR技术在火山活动监测中也有广泛的应用。

火山是地球表面的一种现象，伴随着岩浆的喷发和地壳的变动。

INSAR技术可以帮助我们实时监测火山口附近地表形变的变化，包括火山口的隆起、地表的下沉等，进而判断火山活动的强度和趋势。

这对于保护人民的生命财产安全具有重要意义。

INSAR技术的应用还有很多，比如在冰川监测、滑坡预警、大坝变形等方面都有广泛的应用。

通过INSAR技术，我们可以及时获取地表形变的信息，发现地质灾害的潜在风险，并采取相应的措施来减轻灾害造成的损失。