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TerraSAR-X高分辨率雷达数据的地面沉降监测

2016-04-26 10:56:00来源:地质通报 编辑:ToMe浏览:

地面沉降是在自然和人为因素作用下,由于地表松散未尚结土体压缩而引起的地面高程降低的地质现象,是一种不可补偿的永久性环境和资源损失。世界上很多国家都出现了这一问题,例如意大利威尼斯、日本关东、关国加利福尼亚的圣华金谷、泰国的曼谷、印度尼西亚的雅加达等,中国以华北平原、长江三角洲为代表的许多地区均发育较为严重的地面沉降。经国务院批准,国土资源部、水利部于2012年3月2日印发的《全国地面沉降防治规划(2011-2020年》指出,调查监测是地面沉降防治的基础工作,调查监测成果是制定防治规划和实施防治工程的科学依据。

21世纪以来.随着针对合成孔径雷达干涉测量(Synthetic Aperture Radar Interferometry,InSAR)技术应用而优化的新型卫星系统的相继升空,尤其是随着一系列先进差分InSAR(Differential InSAR,DInSAR)技术的逐步完善。利用星载DInSAR技术监测地面沉降进人了测量精度更高、适用范围更广、时空分辨率更精细的新阶段。针对地面沉降监测的实际需求,持续推进DlnSAR技术的研究与应用具有重要的科学与现实意义。

印尼是首先响应“21世纪海上丝绸之路”的国家,其首都雅加达也是古今海上丝绸之路的重要城市。同时,雅加达地面沉降发生发展的固有环境及外部因素与中国上海、广州等沿海城市地面沉降具有一定的相似性。以雅加达为例,研究地面沉降监测方法,既能为中国沿海城市的地面沉降防治提供借鉴,又能为“一带一路”战略提供有用的数据。

本文利用3m空间分辨率的TerraSAR一X数据,以雅加达地区为试验区.应用小基线子集(Small BAseline Subsets,SBAS)方法,辅以常规两轨法,掌握了雅加达地区的空间形变场形态,为雅加达及中国类似城市的地面沉降防控和社会经济活动研究提供有益参考。

技术方法

1.1两轨法基本原理

假设在两景SAR数据成像间隔期间发生了地面沉降,且SAR数据之间没有完全失相干,此时经干涉处理得到的干涉相位主要包含参考相位、高程相位和形变相位。DInSAR技术能够从干涉相位中消除参考相位和高程相位,由形变相位计算出沿传感器视线向(Line of sight,LoS)的形变值,进而根据成像几何得到地面沉降值。两轨法是DInSAR技术的一种基本方法,其基本思想是,利用卫星成像几何参数和外部DEM模拟,生成参考相位和高程相位,然后从干涉相位图中减去它们,从而得到形变信息。

1.2 SBAS基本原理

SBAS在2002年由Berardino等正式提出,是为了解决在DInSAR技术中由于空间基线过长而导致的失相干问题,可以降低图像对基线的依赖性,因此能更充分利用所获取的数据,并提高采样的时间分辨率,保证时间序列分析具有较高的空间密度,同时对非城市区域地表形态的时间演化也能进行分析。

1.3 SBAS基本流程

SBAS数据处理流程的主要步骤可分为7步:

(1) 估算所有SAR图像的基线,根据短时空基线原则确定时空基线阈值,生成连接图;

(2) 对图像进行配准,生成干涉纹图,精确估算空间基线,结合DEM数据去除平地相位和地形相位,对差分干涉图进行滤波等;

(3) 对所有的差分图进行基线精化、重新去除平地与地形相位、相位解缠;

(4) 根据相干系数图,选择图像卜的高相干点;

(5) 对结果进行第一次反演,建立线性模型,利用矩阵奇异值分解方法,估算形变速率和高程系数;

(6) 对结果进行第二次反演,去除大气效应和地形残余相位,得到最终的相干点形变速率,并确定相干点三维位置信息,然后计算非线性形变速率并得到相干点形变序列;

(7) 得到最终的位置时间序列后,可以进行必要的地理编码和时序分析。 下图为SBAS处理流程。

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TerraSAR-X

卫星类型: 对地观测

所属国家: 德国

分辨率: 1米

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