PSInSAR技術在換流站沉降監測中的應用

陶 李，曹鵬財，易 祎，楊長江

(中國電力工程顧問集團中南電力設計院有限公司，湖北 武漢 430071)

0 引言

電力是國民經濟的基礎，換流站設施的穩定運營，是持續提供優質的電能服務的先決條件，直接影響到地方經濟的發展和居民的正常生活。換流站的健康狀態不僅影響了供電秩序，而且直接影響公共安全，當地質沉降引起換流站設施損壞時，將會給國家、集體和人民的生命財產帶來安全威脅，甚至會造成重大安全事故，后果不堪設想。

傳統換流站運維管理模式下，運維人員依賴高精度的傳統測量方法(如水準測量、GPS 等)，但這些傳統監測方法存在監測周期長、受外界環境影響大、安全隱患大、成本高等劣勢。InSAR 技術綜合了合成孔徑雷達成像原理和干涉測量技術，利用傳感器的系統參數、姿態參數和軌道之間的幾何關系等精確測量地表的三維空間位置，具有覆蓋范圍廣、高空間分辨率、全天時、全天候、高精度、自動化程度高、無需地面控制點以及無需測量人員進入實地等優勢，近年來，該技術廣泛應用于地表形變監測各個領域。因而，InSAR 技術也為換流站及其周邊環境的穩定性監測提供了新的途徑。

在InSAR 技術的基礎上發展起來的PSInSAR技術，利用多幅時序SAR 影像中選取保持穩定反射特性的目標作為永久散射體(PS)，其回波信號具有較高的信噪比，利用這些可靠的PS 點就可以精確反演地表形變。基于此，以下提出利用Sentinel-1 數據和PSInSAR 技術對云南某±800 kV 換流站進行沉降監測應用研究。

1 研究區域及數據

1.1 研究區域概況

試驗所選換流站坐落于云南省某地，于2013年7 月投運。近年來，由于站址所處區域雨量充沛及惡劣的地質環境和頻繁地震災害的影響，換流站本體及重要構筑物的健康狀態勢必受到災害影響。因此，利用InSAR 技術對換流站地表及其附屬設施的穩定狀態進行持續、準確的沉降監測，確保換流站安全穩定的運營，具有重要的意義。

1.2 SAR 數據

本試驗采用的數據為2017 年8 月—2018 年7月的IW (寬幅)模式的28 景升軌Sentinel-1SAR影像數據，分辨率約為5 m (距離向)×20m (方位向)。Sentinel-1 衛星是歐洲航天局哥白尼計劃(GMES)中的地球觀測衛星，載有C 波段合成孔徑雷達，可全天時、全天候提供衛星影像圖像。衛星軌道高度約700 km，重訪周期為12 天，主要應用于突發緊急事件，及時跟蹤自然災害和人類活動導致的災難，具有短重訪周期、快速產品生產的能力。寬幅模式作為Sentinel-1衛星的主要運行模式，對地球進行全面系統性成像，同一區域已積累了大量的免費SAR 影像數據，為開展換流站沉降監測應用研究提供了數據保障。綜合考慮時間基線、空間基線和多普勒中心因素，選取2018-02-05 影像作為公共主影像，構成27 幅干涉對的時空基線分布圖。試驗采用SARPROZ 軟件的PSInSAR 技術方法開展數據處理。

2 PSInSAR 數據處理方法

PSInSAR 是基于永久散射體提出來的，所謂永久性散射體是指某些地面物體對雷達波在相當長的時間內保持穩定的反射特性，不因時間和氣候的變化而變化。通過利用多景覆蓋同一地區的N+1景影像，對影像的相位與幅度等信息進行統計分析，篩選出在長時間序列下能夠保持穩定散射特性的目標，作為PS 點。由于這些點表現出良好的相干性，因而對影像差分干涉處理之后可以根據這些點計算出高程改正誤差及雷達視線方向上的偏移量，并通過估算線性大氣效應的貢獻值模擬大氣相位并將之去除，達到對形變值精確優化的目的。本試驗數據處理流程見圖1。

圖1 PSInSAR 技術數據處理流程

3 監測結果

根據上述的PSInSAR 數據處理步驟，獲得換流站2017 年8 月—2018 年7 月的年平均形變速率場，明顯發現站內三處區域存在沉降現象，沉降速率約為5 ～12 mm/year，分別對應換流站配電裝置區、繼配電室和開關柜10 kV 室，其最大沉降速率超過-12 mm/year。

分析三處沉降趨勢較明顯區域的沉降速率和區域內典型點沉降曲線。結果表明，典型點在2018年2 月發生沉降，并隨時間累積不斷下沉。

由于研究中缺少同步觀測的傳統測量手段的高精度監測成果，因此無法定量地評價方法的監測精度。但將InSAR 監測的發生沉降的范圍與現場運維人員發現地表開裂或設施變形的區域進行對比，發現的監測結果與現場反映的結果空間分布上基本一致，這在很大程度上佐證了方法的有效性。

加工速凍蔬菜的設備包括進料運送機、果蔬清洗器、湯漂機、水冷卻機、檢測帶、瀝水和均勻入料提高機、凍結機、打包機等[1]。凍結機是生產速凍蔬菜的重要設備，通常采取空氣強制循環，像隧道式持續速凍機、螺旋式持續速凍器與流化床式速凍機。近幾年也逐漸采用液化氣體噴射器，像液氮速凍機。而流化床速凍機是當前IQF方式下的主流設施。

4 結束語

試驗運用Sentinel-1 數據和PSInSAR 技術成功監測了2017 年8 月—2018 年7 月期間的換流站的歷史沉降曲線，監測結果中顯示，區域內有三處沉降明顯的區域，最大的年沉降速率達到了-12 mm/year，需要注意防范進一步可能發生的災害。監測結果可為換流站工程設施沉降災害演變規律提供參考資料，為換流站設施安全運營提供科學支撐。本試驗研究結果也表明，利用InSAR技術可以有效地開展換流站(變電站)等站址工程的沉降監測，且具有高采樣點密度監測優勢。最后，本試驗所采用的數據源為分辨率稍差的歐空局免費Sentinel-1 數據，后期可考慮采購高分辨率的雷達數據(TerraSAR-X 或COSMO-SkyMed)，觀測精度及誤差控制會更精確。