InSAR技術在地表形變監測中的應用

■何楊楊柳

（1長安大學地質工程與測繪學院 陜西西安710064；2洛南縣環保局環境監測站 陜西洛南726100）

InSAR技術在地表形變監測中的應用

■何楊1楊柳2

（1長安大學地質工程與測繪學院 陜西西安710064；2洛南縣環保局環境監測站 陜西洛南726100）

InSAR技術是近年來發展起來并逐漸得到重視的一種，對地表形變進行監測的新方法。隨著InSAR技術的逐漸成熟及新一代星載系統的發射，其圖像分辨率和產品精度仍會繼續得到提高。由于其在地表形變監測中最高可以達到毫米級的精度，所以目前應用范圍及其廣泛。主要涉及到地殼變形、地震監測和震后形變測量、火山運動、地面下沉以及冰川漂移等方面。本文主要介紹InSAR的基本原理、發展及其特點。

地表形變InSAR監測

0　引言

地表形變所引發的各種地質災害已成為國內外普遍關心的問題之一[1]。隨著地表形變探測技術的發展，InSAR技術在用于地表形變時，具有高形變敏感度、空間分辨率高，幾乎不受云雨天氣的限制，同時綜合了遙感等一系列突出的技術優勢，因此，InSAR技術在研究地表形變方面表現出極好的應用前景，在實地監測中表現出很大的優勢[2]。

1　 InSAR基本原理與方法流程

1.1InSAR基本原理

通過兩副天線同時對地觀測，或者通過一副天線兩次對同一地面目標進行重復觀測，從而獲取同一地區的兩幅復數影像。這樣的兩幅復數影像由于具有相位差，因而可以形成雷達干涉圖，人們可以通過測定相位差的方式測定地面目標的高程[3]。一般地，現在人們使用三種雷達干涉模式，即交叉軌道干涉測量方式，重復軌道干涉測量模式和沿軌道干涉測量方式[4]。

1.1.1交叉軌道雷達干涉測量

交叉軌道雷達干涉測量是在同一飛行平臺上安裝兩副雷達天線，其中一副雷達天線發射電磁波信號，兩副天線都接收從地面反射的信號，兩副天線連線與飛行的方向保持垂直。同一目標的相位差就代表了地面目標至兩副天線的距離差，而距離差的大小與該地面點的高程有關。因此，通過處理這些相位差即可以獲得地面點的高程。

1.1.2單天線重復軌道雷達干涉測量

單天線重復軌道雷達干涉測量是采用同樣的一副天線，在兩個不同的軌道上對同一地區進行重復飛行測量而獲取的具有重疊的雷達影像。一般地，星載的側視雷達通常都采用這種模式。

1.1.3沿軌道干涉測量

沿軌道干涉測量又可以稱為縱向(方位向)干涉測量。這種方法目前只被用于機載干涉雷達測量系統中，星載的系統還在試驗中。該方法是利用沿軌道，即方位向安置兩副雷達天線同時發射和接收信號。

1.2InSAR方法流程

InSAR數據處理的主要目的之一是為了從雷達數據中提取地面目標的三維信息。一般地，合成孔徑雷達數據處理的步驟包括：原始干涉雷達信號的處理、成像參數的歸一化、影像的糾正和配準、干涉圖的生成、噪聲消除和濾波、基線估算、平地效應消除、相位解纏、高程計算和糾正(地理編碼處理)等步驟。根據干涉合成孔徑雷達的特點和不同的處理方法，其中的一些步驟可能需要經過迭代處理來逐漸精化和準確地改善處理結果。另外，在某些應用時，往往還需要一定數量的地面控制點來解算有關的參數[5]。

2　主要應用

2.1地面沉降

作為一種新興的地面形變研究方法，InSAR技術在地面沉降監測方面發揮了愈來愈明顯的作用，國內已有實例。李德仁等“利用歐空局ERS-1和ERS-2相隔1d的重復軌道SAR數據，經過差分處理對天津市地面沉降進行研究，得到反應地面沉降大小及分布的干涉條紋圖。與1995～1997年重復水準測量求得的地面沉降等值線圖比較，具明顯的一致性和相似性。

2.2滑坡

Fruneau等通過法國阿爾卑斯地區滑坡體研究，首次證實用雷達差分干涉測量確定中等滑移速率(每天數cm)、滑坡體運移場的能力。Rott等指出，如果環境條件在較長時間跨度內保持一致，用該技術可以觀測到每年以數cm速度運移的滑坡體運動。Vietmeier等則對法國南部阿爾卑斯La Valette附近的滑坡體研究，也顯示了用該方法確定中等滑移速率、滑坡體運移場絕對值的能力。

2.3地震形變

此項是InSAR技術在地面形變研究中較早應用的領域之一。Massonnet等率先將InSAR技術引入到地震形變測量中，即利用間隔幾個月的歐洲遙感衛星ESR-1 SAR圖像測量美國Landers地震的同震形變場，獲得了反映該形變場的干涉紋圖，與野外觀測到的斷距、地表形變及彈性位錯模型結果吻合，驗證了InSAR技術測量同震形變的能力，推動了該技術在地震形變研究中的應用。此后該技術在地震監測中得到了逐步發展。

2.4冰川運動

Goldstein等(1993)最先將雷達干涉技術引入冰川運移研究中。由干涉條紋計算出冰川表對于災情的掌握及災害范圍的評估有很大作用。利用InSAR技術對冰川的監測，主要是通過對同一區域不同時間的影像數據進行干涉成像，然后對干涉像對上的信息進行分析，既而得到相應的分析結論。

3　展望

盡管在應用方面受到諸多因素限制，但InSAR已經在地形測量、地面形變監測、火山活動及其它地質災害評估與監測方面得到了廣泛的應用，也取得了許多相應的成果。隨著衛星雷達系統的不斷改進及處理方法的不斷提高，此技術必將得到更加廣泛的應用。

[1]張宗枯.環境地質與地質災害.第四紀研究 [J],2005,25(1):1-5.

[2]舒寧.雷達影像干涉測量原理 [M].武漢:武漢大學出版社,2003(4):13-14.

[3]王超.利用航天飛機成像雷達干涉數據提取數字高程模型 [J].測繪學報,2001,30 (4):225-342.

[4]隋立春.主動式雷達遙感 [M].北京:測繪出版社,2009.

[5]李德仁,周月琴,馬洪超.衛星雷達干涉測量原理與應用 [J].測繪科學,2000,25(1):9-12.

P217[文獻碼]B

1000-405X（2016）-2-157-1