遥感技术在地表形变监测与应用中的研究

遥感技术在地表形变监测与应用中的研究
一、引言
在地壳不断运动、矿产资源开发和自然灾害频繁发生的今天，地表形变监测变得十分重要。

地表形变是指由地质构造运动、大气变化、地下水或热液运动、海洋运动等因素引起的，导致地表发生水平位移、垂直变形等现象。

形变监测可为预测地震、火山活动、地质灾害、海岸侵蚀、沉降等提供基础数据。

遥感技术由于其非接触测量、全天候观测、高精度等特点逐渐成为一种获取地表形变信息的重要手段。

本文将对遥感技术在地表形变监测中的应用进行探讨。

二、遥感技术概述
遥感是一种利用遥远距离和不接触的技术手段获取目标物体信息的过程。

它具有非接触测量、全天候观测、高精度等优势，与其他空间信息技术紧密结合，已成为现代空间信息技术的基础之一。

遥感技术可分为光学遥感、微波遥感、激光雷达遥感等多种类型，但在地表形变监测中主要应用光学遥感。

光学遥感可分为近红外遥感、红外遥感、紫外遥感和可见光遥感等几种。

在地表形变监测中主要应用的是反射型可见光遥感。

反射型可见光遥感是指遥感系统向地表发射可见光，然后通过接
收地surface 表面反射回来的可见光信息，以获取目标物体的信息。

反射型遥感系统的工作原理和设备构成如图1所示。

[图1]
三、地表形变监测方法
地表形变监测方法主要有测量地面GPS站、水准测量和地形测绘等方法。

地面GPS站是指在地面上建立一定数量的GPS测量站，通过实时观测GPS测量站间的相对位移，结合卫星轨道测量结果，获取地表形变信息。

水准测量是采用水准仪对地面高程进行测量，通过比较不同时刻高程变化，计算出地表形变量。

地形测绘则是
通过激光雷达、全息雷达、光电扫描测量等手段建立地形模型，
并通过比较不同时刻地形模型之间的变化，计算地表形变量。

但以上方法都有其局限性，例如地面GPS站需要建立大量测量站，投入成本高且地震等灾害发生时可能站点被破坏；水准测量
精度受环境条件限制；地形测绘精度难以保证等。

因此，利用遥
感技术进行地表形变监测成为了一种新的解决方案。

四、遥感技术在地表形变监测中的应用
遥感技术在地表形变监测中主要应用卫星影像解译和卫星测高
技术。

4.1 卫星影像解译
卫星影像解译可通过对地面卫星影像进行测量分析，获取目标
地区的地表形变信息。

卫星影像解译方法包括特征点匹配法、小
基线插值法、像素时序差分法、核密度估计法等。

特征点匹配法是指通过对地表特征点的位置变更进行分析，计
算出地表形变量。

此方法精度较高，但需借助大量的参考点和地
面验证数据进行精度检验。

小基线插值法则通过对不同时刻的卫
星影像进行匹配，求得像素位移，进而计算出地表形变量。

因此
该方法对选择合适的基线具有一定要求，不同基线间的误差也随
之放大。

像素时序差分法则通过对同一区域多幅卫星影像进行处理，通过计算不同时刻影像间的像素值差异，求得地表形变量。

此方法流程简单、计算量小，但误差较大。

核密度估计法是指通
过计算影像像素值的密度分布情况来确定地表形变情况。

此方法
计算量大、计算速度慢，但对于目标物体的形变检测较为准确。

以上方法均基于卫星影像资料，可针对不同场景和不同精度要
求进行优化。

但其通用性有待提升，对于气象条件、云雾、影像
质量等方面的干扰，均会对计算结果产生影响。

4.2 卫星测高技术
卫星测高技术是利用卫星搭载的合成孔径雷达（SAR）等设备，通过测量卫星与地面反射点之间的距离差，计算出目标地面高程，从而获取地表形变信息。

卫星测高技术具有全天候观测、高精度
等特点，可获得较为准确的地表高程数据。

该技术在地质断层监测、火山形变监测等方面应用广泛。

卫星测高技术可分为光学卫星测高和SAR测高。

光学卫星测高是指卫星利用高精度摄影测量仪进行高程测量，计算目标地面高程。

其精度极高，误差小于1个米级别，但由于像元分辨率限制，适用于近距离测量。

SAR测高则是利用卫星搭载的SAR设备进行测量，通过分析SAR影像特征、及卫星与地面反射点之间的相位差计算地面高程。

该方法适用于大范围地貌测量，具有高度精准度，但对地面物体反射能力有一定要求。

五、结论
地表形变监测十分重要，是预防和应对自然灾害等问题的有效手段。

遥感技术具有非接触测量、全天候观测、高精度等优点，是获取地表形变信息的重要手段。

卫星影像解译和卫星测高技术是目前应用较为广泛的遥感技术，在地表形变监测中满足不同场景和不同精度要求。

未来，随着遥感技术的不断发展，地表形变监测方法将更趋完善，有望为更好地预防地质灾害、人类活动干扰等问题提供可靠的服务。