時(shí)序InSAR在城市地鐵工程區(qū)形變監(jiān)測中的應(yīng)用

郭山川，侯湖平，張紹良，米家鑫，尚志敏

(中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測繪學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

時(shí)序InSAR在城市地鐵工程區(qū)形變監(jiān)測中的應(yīng)用

郭山川，侯湖平，張紹良，米家鑫，尚志敏

(中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測繪學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

地鐵建設(shè)會(huì)引發(fā)城市地表形變?yōu)暮Γ鴤鹘y(tǒng)的合成孔徑雷達(dá)差分干涉測量(D-InSAR)難以實(shí)現(xiàn)城市地鐵工程區(qū)域的精細(xì)測量。本文利用TerraSAR-X高分辨率數(shù)據(jù)，采用PS-InSAR和SBAS-InSAR方法對徐州地鐵1號(hào)線東部工程場地進(jìn)行了形變監(jiān)測，獲取了該區(qū)域2016年6月15日—2016年9月11日期間的形變時(shí)序圖。通過與人工角反射器布設(shè)點(diǎn)的水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)對比分析，發(fā)現(xiàn)利用兩種時(shí)序InSAR測量方法得到的地表形變結(jié)果與水準(zhǔn)測量結(jié)果非常一致，形變誤差均在1 mm以內(nèi)；而SBAS-InSAR探測地表形變的敏感性低于PS-InSAR。結(jié)果表明，利用高分辨率SAR影像監(jiān)測城市地鐵形變具有亞毫米級(jí)的測量精度和米級(jí)的定位能力，同時(shí)證明了時(shí)序InSAR分析技術(shù)在城市地鐵工程形變監(jiān)測應(yīng)用中的廣闊前景。

地表形變；時(shí)序InSAR；人工角反射器；精細(xì)監(jiān)測；地鐵建設(shè)

我國正在大力發(fā)展城市地鐵工程，依據(jù)地鐵發(fā)展規(guī)劃，中國地鐵總里程將在2020年達(dá)到6000 km，城市地鐵工程的地下隧道、橋梁及地基工程將使應(yīng)力平衡狀態(tài)的地質(zhì)環(huán)境遭到破壞，導(dǎo)致工程建設(shè)區(qū)發(fā)生地表形變[1-2]。為防控地表形變造成影響和危害，亟須建立有效的城市地鐵建設(shè)工程區(qū)形變監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)。人口密集、商業(yè)繁華的地鐵建設(shè)工程區(qū)更對形變監(jiān)測技術(shù)提出了高精確、高效和時(shí)空全覆蓋的要求。

近年來，新興的合成孔徑雷達(dá)差分干涉測量(differential interferometric synthetic aperture radar，D-InSAR)以全天候、全天時(shí)、高分辨率和連續(xù)空間覆蓋的優(yōu)勢在地表形變測量中得到廣泛關(guān)注[3-6]。但是傳統(tǒng)D-InSAR技術(shù)由于失相干、大氣延遲相位等因素影響，很難實(shí)現(xiàn)高精度測量，而且單次形變結(jié)果也難以說明區(qū)域地表形變的時(shí)間演化情況[7]。為解決這一難題，國內(nèi)外學(xué)者開展了深入的研究，以永久散射體干涉測量[8](persist scatterers InSAR)和小基線集干涉測量[9-10](small baseline subset InSAR，SBAS-InSAR)為代表的時(shí)序InSAR分析方法的發(fā)展，以及高分辨率SAR衛(wèi)星的成功運(yùn)行，極大地增強(qiáng)了 D-InSAR技術(shù)在城市地面沉降中實(shí)現(xiàn)精確監(jiān)測的能力。羅三明等采用27景ENVISAT雷達(dá)數(shù)據(jù)，利用相干點(diǎn)目標(biāo)InSAR技術(shù)進(jìn)行時(shí)序處理，獲取了北京及周邊地區(qū)2006—2010年地表形變場，研究結(jié)果探測了北京雙橋沉降中心區(qū)的平均沉降速率為-27.19 mm/a[11]。朱葉飛等采用21幅ERS-2 SAR數(shù)據(jù)，利用PS-InSAR技術(shù)測量了蘇州地區(qū)1995年12月31日—2000年12月24日間的地表沉降值，并結(jié)合地面水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)的進(jìn)行了驗(yàn)證分析，驗(yàn)證結(jié)果表明了PS-InSAR技術(shù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性[12]。Sandra I.N.Heleno等基于PS-InSAR技術(shù)，利用1992—2003年期間55景ERS-1/2數(shù)據(jù)，揭示了里斯本地區(qū)的沉降區(qū)域之一為鐵路周邊區(qū)域，探究了其產(chǎn)生沉降的原因，并通過比較GPS數(shù)據(jù)證實(shí)了PS-InSAR技術(shù)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性[13]。徐小波等將CR-InSAR技術(shù)、PS-InSAR技術(shù)應(yīng)用到研究西秦嶺北緣斷裂帶中斷的微小形變，成功證明了CR點(diǎn)由于其自身的高穩(wěn)定特性，對整個(gè)結(jié)算網(wǎng)絡(luò)起到了很好的整體控制作用，能夠保證解算結(jié)果正確性[14]。

綜上，盡管相關(guān)學(xué)者已證明了時(shí)序InSAR分析技術(shù)監(jiān)測城市地表形變的科學(xué)性和可靠性，但是其研究結(jié)果尚未達(dá)到如今城市地鐵建設(shè)工程區(qū)形變監(jiān)測高精度和精定位的要求。而具有精確測量微小形變能力和精準(zhǔn)定位能力的短波長、高分辨率SAR數(shù)據(jù)在城市地鐵工程形變監(jiān)測的研究卻很少。因此，本文采用5幅2016年6月15日—2016年9月11日間的高分辨率TerraSAR-X數(shù)據(jù)，結(jié)合布設(shè)在試驗(yàn)場地的人工角反射器，分別利用PS-InSAR、SBAS-InSAR技術(shù)的原理與方法對徐州市地鐵工程場地進(jìn)行形變監(jiān)測，并將監(jiān)測結(jié)果與水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，以此評(píng)價(jià)D-InSAR技術(shù)在城市地鐵工程形變監(jiān)測應(yīng)用中的精準(zhǔn)性。

1 試驗(yàn)方法

1.1 時(shí)序InSAR分析方法概述

時(shí)序InSAR分析技術(shù)是在傳統(tǒng)InSAR技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，通過對多時(shí)序SAR數(shù)據(jù)的相位統(tǒng)計(jì)特征進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，可以有效減小干涉相位中的大氣延遲、DEM、低相干等因素帶來的誤差。時(shí)序InSAR通過近十幾年的快速發(fā)展，逐步形成了PS-InSAR、SBAS-InSAR、CT-InSAR、TCP-InSAR和Stacking等技術(shù)體系。

作為時(shí)序InSAR技術(shù)分支之一的PS-InSAR 是基于永久散射體的點(diǎn)時(shí)序分析測量技術(shù)，最早由意大利學(xué)者Ferretti等在2001年提出[8]。由于橋梁、房屋、圍墻、巖體等地物的散射特性較好，對SAR信號(hào)的反射作用較強(qiáng)且回波信號(hào)具有較高的信噪比，能在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)保持較高質(zhì)量的相干性。PS-InSAR方法的基本思路為：獲取研究區(qū)內(nèi)的N+1幅SAR影像，基于小基線思想選取1幅影像為主影像(master)和N幅從影像(slave)，配準(zhǔn)、差分后形成N幅差分干涉圖，然后利用幅度信息[8]或相位信息[15]選取PS點(diǎn)，通過放棄失相干嚴(yán)重的像元并對穩(wěn)定的像元集進(jìn)行時(shí)間序列分析，可以最大限度地減弱時(shí)空失相干和大氣延遲影響，進(jìn)而得到整個(gè)研究區(qū)的地表形變信息。經(jīng)過角反射器的試驗(yàn)驗(yàn)證，PS-InSAR的形變測量精度可以達(dá)到亞毫米級(jí)[16]。

SBAS-InSAR同樣是時(shí)序InSAR技術(shù)分支之一，是基于短基線原理的時(shí)序分析測量技術(shù)，最早由Berardino提出[9]。SBAS的基本原理是將所有獲取的SAR數(shù)據(jù)根據(jù)空間基線大小組成數(shù)個(gè)集合，集合內(nèi)空間基線小，集合間空間基線大，利用最小二乘法求解子集合的相位信息，利用矩陣奇異值分解法聯(lián)合求解整個(gè)監(jiān)測時(shí)間內(nèi)的相位信息，差分相位進(jìn)行空間低通和時(shí)間高通濾波去除大氣延遲相位和部分軌道誤差影響，建立Delaunay三角網(wǎng)確定解纏參考點(diǎn)，利用最小費(fèi)用流算法(MCF)解決不規(guī)則格網(wǎng)的相位解纏問題，從而獲取研究區(qū)地表形變時(shí)序結(jié)果[17]。SBAS-InSAR主要用于監(jiān)測形變速率緩慢、形變量較小的持續(xù)形變場。

本文在利用PS-InSAR和SBAS-InSAR技術(shù)監(jiān)測地鐵形變時(shí)，側(cè)重點(diǎn)是通過對比分析測量周期內(nèi)時(shí)序InSAR測量和水準(zhǔn)測量結(jié)果，評(píng)價(jià)兩種時(shí)序InSAR分析技術(shù)監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性和精確性。而城市地區(qū)的人工建筑物對雷達(dá)回波具有較強(qiáng)的反射及回波信號(hào)具有較高的信噪比，因此SAR干涉圖中象元的相干性較高。因此，由于試驗(yàn)?zāi)康牟]有研究城市地形形變年變化速率，且影像對之間時(shí)空基線短、相干性高，5景TerraSAR-X數(shù)據(jù)是滿足試驗(yàn)研究需要的。

1.2 人工角反射器作用與布設(shè)

由于角反射器具有空間定向反射特性，以任意方向入射的電磁波經(jīng)過角反射器的反射后，都將保持與入射方向平行的方向返回，以此提高角反射器布設(shè)點(diǎn)的相干性，因此，人工角反射器可以有效減小傳統(tǒng)InSAR技術(shù)由失相干造成的誤差，增強(qiáng)在低相干區(qū)域監(jiān)測地表微小形變的能力[18]。同時(shí)在人工角反射器點(diǎn)布設(shè)水準(zhǔn)測量點(diǎn)，通過對兩者測量數(shù)據(jù)的對比分析，能更充分地說明InSAR測量結(jié)果的可靠性和精確性。

徐州市快速軌道交通工程項(xiàng)目在研究區(qū)域定期進(jìn)行水準(zhǔn)測量監(jiān)測，試驗(yàn)在水準(zhǔn)測量點(diǎn)布設(shè)了4個(gè)人工角反射器，主要是為了加強(qiáng)雷達(dá)回波信號(hào)，提高相干性，減小誤差影響。根據(jù)TerraSAR-X衛(wèi)星經(jīng)過研究區(qū)域的飛行方向和雷達(dá)探測信號(hào)入射角，以及X波段數(shù)據(jù)波長短等屬性，采用鋁制板材，設(shè)計(jì)并制作了邊長為1 m的三角錐形人工角反射器4個(gè)，其位置如圖1所示。

圖1 人工角反射器布設(shè)位置示意圖

地鐵工程建設(shè)工地周邊圍墻、建筑等固定設(shè)施都有反射性[19]，盡管如此，人工角反射器在高分辨率雷達(dá)影像中依然有較突出的亮斑，這說明研究區(qū)域的人工角反射器點(diǎn)具有強(qiáng)識(shí)別性和強(qiáng)干涉性。

2 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)選取

研究區(qū)域位于徐州市云龍區(qū)，該區(qū)域是徐州市核心區(qū)之一，內(nèi)含密集的高建筑群，京滬高鐵貫穿全區(qū)，交通十分便利。2013年《徐州市城市快速軌道交通建設(shè)規(guī)劃(2013—2020年)》規(guī)劃在徐州建設(shè)3條地鐵線路，包括1、2、3號(hào)線一期工程，總長度67 km，其中地下線60.6 km，徐州地鐵建設(shè)隧道工程主要采用盾構(gòu)法和礦山法，地鐵站建設(shè)主要采用明挖法。圖2為研究區(qū)域位置示意圖。

圖2 研究區(qū)域位置示意圖

角反射器布設(shè)點(diǎn)所處的1號(hào)線一期工程線路全長約22 km，共設(shè)站臺(tái)18座，計(jì)劃2017年12月31日洞通。無論是盾構(gòu)法、礦山法，還是明挖法，都破壞了原地質(zhì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力平衡，從而引起地鐵工程場地的地表形變。目前采用的傳統(tǒng)水準(zhǔn)測量方法不僅需人力、財(cái)力、物力的大量投入，而且水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)的分散性導(dǎo)致不能利用其結(jié)果對整個(gè)形變區(qū)域建立科學(xué)的、有效的形變?yōu)暮υu(píng)價(jià)體系及預(yù)警機(jī)制。

SAR數(shù)據(jù)采用2016年6月15日—2016年9月11日間5景3 m分辨率條帶模式TerraSAR-X影像，SAR幅度影像大小為17 000列，30 000行，覆蓋面積約1825 km2，影像中心點(diǎn)地理坐標(biāo)為34°12′29.98″N，117°10′53.63″E。影像范圍如圖3所示。

圖3 TerraSAR-X影像覆蓋范圍

TerraSAR-X數(shù)據(jù)詳細(xì)參數(shù)見表1。研究區(qū)該數(shù)據(jù)采樣間距為斜距向0.909 4 m，方位向1.899 2 m，根據(jù)入射角大小轉(zhuǎn)換為地理坐標(biāo)系下像元間距，即1.899 5 m×1.899 2 m。高分辨率SAR數(shù)據(jù)對城市地鐵工程形變監(jiān)測研究既面臨著更強(qiáng)噪聲帶來的誤差，也有中、低分辨率SAR數(shù)據(jù)無可比擬的精確定位優(yōu)勢。利用SARscape軟件對研究區(qū)域SLC影像進(jìn)行了剪裁，再作PS-InSAR和SBAS-InSAR處理。PS-InSAR處理中，對于主影像的選取原則是使時(shí)間基線盡量小，且影像對空間基線不超過臨界基線。選取了20160707作為主影像，主影像和20160820輔影像的空間基線最大達(dá)到139.6 m，遠(yuǎn)小于臨界空間基線，如圖4所示。SBAS-InSAR依據(jù)短基線集的原則計(jì)算出小基線級(jí)劃分的情況，共選擇了10組干涉組合，干涉組最大基線為157.9 m，仍遠(yuǎn)小于臨界空間基線。由此可見，無論是PS-InSAR還是SBAS-InSAR干涉組合的時(shí)空基線都較優(yōu)。PS-InSAR主輔影像時(shí)空基線和SBAS-InSAR干涉對時(shí)空基線分別如圖4和如圖5所示。DEM高程數(shù)據(jù)選用的是美國航天飛機(jī)地形測繪使命公布的SRTM3 V4版本，該數(shù)據(jù)彌補(bǔ)了SRTM3 V1數(shù)據(jù)的空洞值，且高程精度遠(yuǎn)優(yōu)于ASTER GDEM數(shù)據(jù)[20]，是研究區(qū)域可利用的最優(yōu)DEM數(shù)據(jù)。

表1 TerraSAR-X數(shù)據(jù)參數(shù)表

圖4 PS-InSAR主輔影像時(shí)空基線

圖5 SBAS-InSAR干涉對時(shí)空基線

3 研究結(jié)果

SARscape由瑞士Sarmap公司基于ENVI遙感圖像處理軟件開發(fā)，SARscape提供圖形化操作界面，幾乎全面覆蓋所有SAR數(shù)據(jù)，具有專業(yè)雷達(dá)圖像處理和分析功能。PS-InSAR處理時(shí)，首先將輔影像與主影像配準(zhǔn)，然后進(jìn)行干涉處理，得到去平后的干涉圖如圖6所示。

圖4中，20160707—20160615、20160707—20160729干涉組合的空間基線小于20160707—20160820、20160707—20160911，在圖6去平后干涉圖中表現(xiàn)為前兩者較后兩者干涉效果更好。城市中的建筑、圍墻等固定設(shè)施具有相干性較強(qiáng)的特點(diǎn)，而且在面積相同的情況下，高分辨率SAR影像內(nèi)單位像元更多，在研究區(qū)域可供選擇的PS點(diǎn)較豐富。因此，可以提高PS的相干性閾值來篩選PS點(diǎn)，確定試驗(yàn)相干性閾值為0.9，在研究區(qū)域共選擇了20 978個(gè)PS點(diǎn)。為減小干涉相位中的大氣延遲相位誤差，采取了空間域低通、時(shí)間域高通濾波方法，最終得到所有干涉組合PS點(diǎn)的形變量。

圖6 PS-InSAR去平后干涉圖

SBAS-InSAR同樣需要對干涉像對進(jìn)行干涉處理，首先進(jìn)行干涉圖生成、去平、濾波和相位解纏，再根據(jù)GCP(ground control points)進(jìn)行軌道精煉、重去平、殘余地形的估算，以及大氣延遲相位的去除，最后進(jìn)行地理編碼。圖7顯示了SBAS-InSAR干涉像對的干涉圖。

由圖7可知，20160707—20160820干涉效果優(yōu)于20160729—20160820，主要原因是與時(shí)間基線相比，干涉質(zhì)量對空間基線的敏感性更高，因此空間基線最短的20160615—20160707的干涉效果最佳。研究區(qū)域樓房、橋梁、高鐵站臺(tái)對雷達(dá)信號(hào)形成了較強(qiáng)的回波信號(hào)，這些人工建筑物在圖7中也表現(xiàn)出了較穩(wěn)定的狀態(tài)。

圖7 SBAS-InSAR 10組干涉圖

以20160615為初始監(jiān)測時(shí)間，記此時(shí)形變量為0，獲取了如圖8所示的研究區(qū)域累計(jì)沉降圖，其中時(shí)間跨越88 d，周期為22 d，形變方向?yàn)槔走_(dá)視線角方向(ALOS)。從圖8可知，2016年6月15日—2016年9月11日期間，研究區(qū)域主要沉降范圍發(fā)生在高鐵站西南方和平大道與振興大道周邊，區(qū)域沉降量為10～30 mm，極個(gè)別點(diǎn)沉降值達(dá)50 mm，主要原因?yàn)?號(hào)線地鐵隧道施工引發(fā)地表形變。而在其沉降過程中，2016年8月20日—2016年9月11日期間的沉降幅度最大，其他區(qū)域在監(jiān)測期間地表有微小沉陷，也有微小抬升。

4 結(jié)果驗(yàn)證與分析

通過與徐州市快速軌道交通工程項(xiàng)目提供的水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，以驗(yàn)證PS-InSAR與SBAS-InSAR測量結(jié)果的可靠程度和精度。兩種測量手段的監(jiān)測周期均為22 d，水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)周期為3 d。由于在角反射器布設(shè)點(diǎn)的強(qiáng)相干性，PS-InSAR和SBAS-InSAR在CR01、CR02、CR03和CR04點(diǎn)的監(jiān)測結(jié)果也應(yīng)具有較強(qiáng)的準(zhǔn)確度，因此對比分析3種測量技術(shù)在4個(gè)角反射器布設(shè)點(diǎn)2016年6月15日—2016年9月11日的形變信息，可以驗(yàn)證PS-InSAR和SBAS-InSAR測量技術(shù)監(jiān)測城市地鐵工程微小形變的可靠性和精確性。將PS-InSAR和SBAS-InSAR測量結(jié)果依據(jù)入射角大轉(zhuǎn)換為同水準(zhǔn)測量一致的垂直方向形變，圖9是利用3種方法得到人工角反射器布設(shè)點(diǎn)的形變量。

圖8 研究區(qū)域累計(jì)沉降圖(ALOS方向)

3 d監(jiān)測周期的水準(zhǔn)測量能更準(zhǔn)確、詳盡地呈現(xiàn)地表的動(dòng)態(tài)變化，因此設(shè)水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)，則2016年6月15日—2016年9月11日研究區(qū)域沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表見表2。

表2 CR點(diǎn)形變量統(tǒng)計(jì) mm

2016年6月15日—2016年9月11日期間，4個(gè)人工角反射器布設(shè)點(diǎn)利用PS-InSAR和SBAS-InSAR監(jiān)測技術(shù)測量形變誤差均在1 mm以內(nèi)。其中CR03和CR04的監(jiān)測結(jié)果與水準(zhǔn)測量結(jié)果具有高度一致性，每個(gè)監(jiān)測周期的測量誤差均未超過1 mm。CR01和CR02布設(shè)位置從2000年進(jìn)行SRTM高程測繪計(jì)劃至今，地形從小山丘開發(fā)成平地，高程值已發(fā)生變化，因此DEM誤差引起的形變測量誤差較CR03和CR04更為明顯，但每個(gè)周期的誤差同樣未超過3 mm。其形變監(jiān)測的精度明顯高于利用ENVISAT、ERS-1/2，凸顯出TerraSAR-X數(shù)據(jù)在城市地鐵工程高精度、精定位形變監(jiān)測中的優(yōu)越性。

就兩種不同的時(shí)序InSAR測量技術(shù)而言，PS-InSAR和SBAS-InSAR在4個(gè)人工角反射器布設(shè)點(diǎn)形變監(jiān)測中的測量誤差均是亞毫米級(jí)，監(jiān)測結(jié)果都能充分說明時(shí)序InSAR形變測量技術(shù)的可靠性。但相對于PS-InSAR技術(shù)，SBAS-InSAR技術(shù)對形變探測的敏感性較弱。圖9中，利用SBAS-InSAR測量的CR01、CR02、CR03及CR04形變量絕對值總是小于PS-InSAR方法得到的形變量絕對值，主要原因是SBAS-InSAR的像元在干涉和解纏會(huì)受到周邊像元的影響，導(dǎo)致其在形變圖的空間上更連續(xù)；而PS點(diǎn)是在相干性較高的點(diǎn)進(jìn)行干涉和解纏，PS點(diǎn)之間的影響較小，導(dǎo)致PS點(diǎn)在形變圖的空間上更為跳躍和敏感。

綜上所述，盡管利用高分辨率SAR數(shù)據(jù)在進(jìn)行D-InSAR測量時(shí)，失相干、大氣延遲誤差、噪聲等限制因素會(huì)導(dǎo)致較大微小形變測量誤差，但通過時(shí)序InSAR分析技術(shù)有效地減小了這些誤差。通過對比分析PS-InSAR和SBAS-InSAR監(jiān)測結(jié)果與水準(zhǔn)測量的結(jié)果，充分證明了時(shí)序InSAR分析技術(shù)在城市地鐵工程微小形變監(jiān)測中的可靠性和準(zhǔn)確性，測量精度達(dá)到了亞毫米級(jí)。另一方面，由于TerraSAR-X數(shù)據(jù)的高分辨率特性，時(shí)序InSAR分析技術(shù)對微小形變監(jiān)測具有精準(zhǔn)定位到米級(jí)的能力。

5 結(jié) 語

城市地鐵建設(shè)的隧道、橋梁等工程會(huì)破壞地表應(yīng)力平衡狀態(tài)，從而造成地表形變?yōu)暮Γ涣硪环矫妫鞘型恋馗叨燃s化利用使得地質(zhì)環(huán)境更加脆弱和敏感。因此，迫切需要開展對城市地鐵工程形變的科學(xué)、可靠的監(jiān)測研究。而傳統(tǒng)水準(zhǔn)測量不僅需要投入大量人力、財(cái)力，而且監(jiān)測結(jié)果僅是散點(diǎn)式數(shù)據(jù)，無法對整個(gè)形變場進(jìn)行科學(xué)分析；近年來，也有不少專家學(xué)者利用D-InSAR技術(shù)監(jiān)測城市地表形變，但大多數(shù)研究的重點(diǎn)并不是針對城市地質(zhì)環(huán)境的敏感性和脆弱性進(jìn)行高準(zhǔn)度、精定位的微小形變測量。在此基礎(chǔ)上，本文利用最新的5景TerraSAR-X數(shù)據(jù)，采用PS-InSAR和SBAS-InSAR測量原理和方法，結(jié)合人工角反射器布設(shè)，對2016年6月15日—2016年9月11日期間徐州市1號(hào)線東部地鐵工程形變進(jìn)行了周期為22 d的微小形變測量，將監(jiān)測結(jié)果與水準(zhǔn)測量結(jié)果對比分析，得到以下結(jié)論：

(1) 地鐵工程會(huì)引起城市地表形變，在地鐵隧道工程建設(shè)區(qū)域，ALOS方向最大形變量達(dá)-60 mm。

(2) 時(shí)序InSAR分析技術(shù)能夠有效地解決失相干、大氣延遲誤差及X波段數(shù)據(jù)噪聲等限制因素帶來的誤差，通過時(shí)序InSAR分析技術(shù)獲取的形變結(jié)果與水準(zhǔn)測量結(jié)果非常一致，2016年6月15日—2016年9月11日形變誤差均小于1 mm。

(3) SBAS-InSAR對形變探測的敏感性較弱，SBAS-InSAR在4個(gè)人工角反射器測量形變絕對值均小于PS-InSAR監(jiān)測形變絕對值。

(4) 針對城市地區(qū)亞毫米級(jí)形變監(jiān)測，外部參考DEM引起的監(jiān)測誤差是可見的，CR03、CR04地表形變監(jiān)測值要優(yōu)于地形發(fā)生過變化的CR01和CR02地表形變監(jiān)測值。試驗(yàn)區(qū)域可獲取的外部DEM有SRTM DEM與ASTER GDEM，其中后者的高程精度在東部平原地區(qū)低于前者[21]，但是SRTM DEM遙感測繪拍攝完成于2000年，而城市化進(jìn)程中土地平整、樓房建造等都已使城市地形發(fā)生變化，SRTM DEM數(shù)據(jù)已不能滿足目前高準(zhǔn)度、精定位的微小形變測量，這也是筆者下一步要研究的問題之一。

致謝：感謝廣州市地下鐵道設(shè)計(jì)院徐州地鐵項(xiàng)目部提供水準(zhǔn)監(jiān)測數(shù)據(jù)。

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Application of Multi-temporal InSAR in Deformation Monitoring of Urban Subway Construction Area

GUO Shanchuan，HOU Huping，ZHANG Shaoliang，MI Jiaxin，SHANG Zhimin

(School of Environment Science & Spatial Informatics, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China)

It has been showed that subway construction will cause deformation of urban surface. The traditional differential interferometric synthetic aperture radar (D-InSAR), however, can hardly achieve a precise monitoring in urban subway construction area. Adopting TerraSAR-X high resolution data, the ground deformation of the eastern part of Xuzhou Metro Line 1 is monitored by using PS-InSAR and SBAS-InSAR methods, and the multi-temporal diagram of deformation from June 15, 2016 to September 11, 2016 is obtained in this paper. By a comparison with the data from level measurement which using artificial corner reflector site to validate, it is found that the surface deformation results obtained by the two InSAR measurements are consistent with the leveling results greatly, and the deformation errors are within 1 mm; while the sensibility of SBAS-InSAR to detect surface deformation is lower than that of PS-InSAR. The result shows that monitoring urban underground deformation with high resolution SAR images has sub-millimeter accuracy and meter-level positioning ability. At the same time, it provides an intense certification for a broad prospects of the application of multi-temporal InSAR technology in the deformation monitoring of urban subway project.

ground deformation; multi-temporal InSAR; artificial corner reflector; fine monitor; subway construction

郭山川，侯湖平，張紹良，等.時(shí)序InSAR在城市地鐵工程區(qū)形變監(jiān)測中的應(yīng)用[J].測繪通報(bào)，2017(8)：92-99.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0258.

2017-04-19

江蘇省煤基CO2捕集與地質(zhì)儲(chǔ)存重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金(2015A01)

郭山川(1992—)，男，碩士生，主要研究方向?yàn)镮nSAR變形監(jiān)測。E-mail：gsc@cumt.edu.cn

張紹良。E-mail：slzhang@cumt.edu.cn

P258

A

0494-0911(2017)08-0092-08