浅谈基于PS-InSAR的城市地表形变监测
时间：2020-09-20 04:02:51 来源：达达文档网 本文已影响 人 
尚嘉宁
摘 要：改革开放以来，我国经济建设突飞猛进，城市用地随之急剧扩张，导致地面发生形变。地表形变一定程度上会诱发地质灾害等一系列问题，对人们的生活水平、生命财产安全以及经济、社会等发展会带来负面影响。永久散射体干涉测量技术（PS-InSAR）技术既可以克服水准测量、GPS等传统监测手段布设点少、路线稀疏、监测周期长、经费和人力不足等缺点，也可以弥补D-InSAR技术面临的时空失相干、受大气影响明显等问题，能够有效地监测城市地表形变。因此，基于PS-InSAR监测城市地表形变对于城市规划治理、灾害预防等具有重要的现实意义。
关键词：PS-InSAR;形变监测
本文首先简述了PS-InSAR技術的基本原理，然后分析了永久散射体干涉测量在城市地表形变监测中的应用，详细地阐述了数据处理过程。
1基本原理
PS-InSAR技术的基本原理是基于研究区多景SAR影像，对所有影像的幅度信息进行统计分析，查找并分析不受时间、空间基线去相关和大气效应影响，并且能保持高相干性的点作为永久散射体，以此探测研究区地表形变情况。
2数据处理与分析
要实现基于PS-InSAR的城市地表形变监测，需借助架构于ENVI之上的专业雷达图像处理系统SARscape。它为使用者提供了完整的SAR数据处理功能，既可以实现对原始SAR数据进行处理、分析等操作，也可以很方便地输出SAR图像产品、数字高程模型（DEM）和地表形变图等信息。具体数据处理过程如下：
（1）子区域选择与裁剪。一般来说，应选择能保持良好干涉的区域作为研究区。因为要找到稳定的PS点，所以城区符合要求。确定研究区域后，需在ENVI中对数据进行裁剪处理。
（2）连接图生成。本步骤生成SAR数据对和连接图，用于之后的差分干涉。自动或者手动选择一个超级主影像，根据设定的临界基线阈值对其他数据与超级主影像建立主-从数据对。临界基线阈值我们一般设置为500%，是临界基线的5倍。以延安新区的2018年2月28日至2018年12月13日共19景Sentinel-1A数据为例，处理完之后会生成多景SAR数据时间序列上的时空基线分布情况，一般情况下，图中会显示绿、黄、红三种颜色，分别表示：有效数据对、超级主影像和丢弃的数据对。如图1所示，绿色表示研究区有效数据对，黄色表示超级主影像，此次处理过程中没有丢弃的数据对。
初步选取PS参考点。干涉步骤完成之后，需要检查这一步的结果，尤其是配准精度。PS处理是根据输入的参数：速率和高程区间（velocity and height range），这取决于研究区的实际情况以及预期的形变情况。
（4）第一次反演。主要方法是基于识别一定数量PS参考点（永久散射体），根据PS回波信号的高信噪比特性，利用振幅阈值探测城区里长期稳定、相干性高的点，例如桥梁、房屋等城市居住区比较常见的地物，以及大坝、金属混凝土特性物体等人造地物或岩石等自然地物。然后重点分析这些相对可靠PS点的历史相位。第一次模型反演获得位移速率和残余地形，用来对合成的干涉图进行去平。输出文件有速率、高程、相干性图和差分干涉图，包含大气信息的结果，数据带有后缀名_first。PS的模型只有一种线性模型（Linear Model），用来估算残余高度和形变速率：
其中，Disp为T时间的形变，V为形变速率。
（5）第二次反演。利用第一次模型反演产品估算大气成分、去除大气成分，进行第二次反演得到最终形变速率。利用重去平的干涉图估算形变相关信息，从每一期干涉测量结果减去之前的线性模型估算的结果，利用每一期内的地表形变量（高通成分）计算大气效应，设置时间滤波窗口和滤波窗口，基于时间域的高通滤波和空间域的低通滤波对其进行大气校正，得到大气校正之后的平均形变速率等产品。此处的线性模型为：
（6）地理编码。此步骤将实现反演结果由雷达坐标系地理编码到WGS 1984坐标系的结果，通常情况下，设置相干系数阈值为0.75或者0.8，小于阈值的PS被剔除。
3结语
随着时代进步和社会发展，由于城市交通便利、教学水平高、医疗条件良好等优势，越来越多的人选择在城市生活，城市出现了大量的建筑物形成密集建筑群，城市扩张速度持续加快，交通载荷也在不断增大。传统的监测手段难以满足现代社会发展过程中要对地表形变进行快速、大范围、长时间监测的需求，这就需要更加先进的现代技术来监测城市地表形变。目前永久散射体干涉测量技术已被应用到各个方面，比如地震、火山、冰川等监测，都取得了较好的成果，运用该技术监测城市地表形变得到的形变信息可以为政府城市规划、生态治理和防灾减灾等提供理论参考，对保障人们生命财产安全和社会稳定发展具有重要意义。
参考文献：
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