探究现代空间大地测量技术的应用

探究现代空间大地测量技术的应用
一、GPS地壳形变监测对预兆数据的分析预警初探
1.1 预兆信息概况
地震发生的前兆信息一般是在地震发生之前，对于一些具有典型预兆性的信息的记录。

一般情况下包括：形变基础数据、地磁数据以及地下水动态数据等。

可以运用时间顺序法对这些数据进行研究分析，这种方法是将智能化思想运用到地震预测当中。

主要实现步骤是从大量的预兆信息中进行筛选，获得有利信息，然后运用模板与之进行参照，运用定量描述的方式，来体现出地震预兆在时间序列上的变化。

GPS是近年发展起来的新型空间大地测量手段，GPS数据的结算成果能很好的进行此类的信息提取工作。

1.2 时间序列法的机理
设定时间序列X（t）。

将初始时刻设为to，最终时刻tn，运用△T将时间段平均分割成若干等分，然后将预兆指标的时刻对应值进行记录，分别记为Z1、Z2......Zn。

通过这样的设定就可以得到时间序列Z（t）。

1.3预警模型
需要对预兆的时段T1进行确定，延迟时段T2，预测时段记为T3，地震震级波动范围为Mp。

可以设定地震在一定的时间段内发生的次数记为N次，记为Mn，其中的n为非零正整数，在预兆时间段内，一共可能发生r次地震，则可以确定发生的第K次地震的向量为MXk=（Xk+1，Xk+2，......，Xk+r）。

这样模型就确立起来。

模型建立之后就可以针对各种地震预兆信息进行搜集，然后运用所得的模型表达式对其进行计算，然后就可以实现对地震的预测。

当然，模型的种类并不是仅有这一种，可以根据实际情况进行考量。

另外，由于世界范围尚未有以此成功的地震预测案例，所以已经将这个预测过程视为一种尝试。

在这些尝试中，GPS观测技术是非常好的研究载体，具有重要的研究意义和良好的应用前景。

二、合成孔径雷达差分干涉测量在地震形变监测中的应用
2.1 雷达遥感技术减少自然灾害措施
遥感技术也是近年来发展较为迅速的空间大地测量手段，它具有覆盖区域广阔、观测周期短、节约数据采集成本低等优势。

应用恰当的遥感技术手段对指定
的区域进行仔细的分析，对自然灾害发生的可能性进行有效的评估，比如：对地质灾害潜在区域进行调查，并指定出区域滑坡以及泥石流相关的分布图，对其要正确的识别，同时还要对当地斜坡的稳定性进行合理的评价，对地质灾害后动以及发生的可能性进行深刻的研究。

要在遥感技术可行的前提下，对某一特定的灾害进行预警，例如：充分的领域卫星图像对洪水等灾害以及恶劣天气进行及时的预报，同时地表发生形变以及地表运动对地质灾害要预警。

相对于传统遥感技术，近年来发展起来的合成孔径雷达（SAR）技术具有全天时、全天候工作能力，信号对植被及地物具有一定的穿透性，不受灾害发生时恶劣天气的影响等优点而得到广泛应用。

而用两幅SAR影像高精度获取地面三维高
程信息的合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术已成为雷达遥感的热点研究领域。

基于InSAR发展起来的差分干涉测量技术（D-InSAR）能以cm甚至mm 的精度监测地表形变，其在地震、洪水、崩塌、滑坡、泥石流等灾害监测中正发挥着越来越重要的作用。

2.2 D-InSAR技术的基本原理
D-InSAR是以合成孔径雷达复数影像的相位信息获取地表变化信息的空间对地观测技术。

D-InSAR通过两副天线同时观测（单轨模式），或两次近平行的观测（重复轨道模式），获取地面同一景观的复图像对。

由于目标与两天线位置的几何关系，在复图像上产生了相位差，形成干涉条纹图。

干涉条纹图中包含了斜距向上点与两天线位置之差的精确信息。

这种差值包含大气延迟影响、平地效应、地形起伏、噪声以及两次成像过程中地表发生的细微变化。

若忽略大气延迟和噪声的影响，平地效应可以通过卫星的轨道参数获取。

由此只要再获取成像区的数字地面模型（DEM）就可以得到两次成像地表发生的变化。

根据获取DEM 的不同，D-InSAR技术可分为二轨法和三轨法。

2.3 D-InSAR数据处理流程
三轨法差分干涉测量的数据处理流程有以下几个部分：生成只含地形信息的干涉条纹图，即利用两幅时间跨度较小的影像通过卫星轨道，基线数据进行配准，干涉后得到干涉条纹图以及数字地面模型DEM，或者直接通过外部DEM得到干涉
条纹图；利用跨越形变的两幅影像得到包含形变以及地形信息的干涉条纹图；从含形变的干涉图中滤除地形等信息，再通过相位解缠，地理編码最终得到形变信息图。

2.4 D-InsAR技术在灾害监测中的应用及所存在问题
相对于其它监测手段，D-InSAR技术通过形变干涉条纹图的形式可直观地表现出地表的形变量。

在监测地表形变方面具有大面积覆盖、相对价格低廉、高分辨率以及不需要建立地面控制网等优点得到广泛地应用。

D-InsAR技术与GPS、水准测量等惯用离散监测技术联合，用于高分辨率、高精度地捕获各种地球物理现象引起的地表位移也已表现出了极大的潜力。

目前，D-InSAR技术已经在地震形变监测及分析，大范围大尺度滑坡发现和预报监测，矿区地面沉降以及由于地下水过度开采而引起的城市地面沉降，水库、大坝、桥梁、管线等大型工程的形变监测等领域可获得广泛应用。

但目前我国的地质灾害雷达遥感在应用的过程中，还存一些问题，主要表现在以下几个方面：数据获取能力与数据积累程度较低；还没与对地质灾害遥感的光谱信息进行充分的利用；目前地质灾害遥感解译还不能充分的反应在不同的时相下，地物波谱特征的变化，对地物在空间上的变化难以进行识别；遥感技术主要反应的是地面表层静态相关的信息，对深部的信息反应尚不足，地质灾害动态变化的规律未能进行反应。

三、结语
在地震形变监测中，现代空间大地测量技术逐渐显示出技术优势。

GPS技术具有数据获取方式简单、解算手段成熟、结算精度较高等优势，但对人工施测的要求较高，儿成像的雷达不仅具有全天时对地观测的能力，还具有全天候的观测能力。

它对地表具有穿透性，还可以对观测的视角进行协调，对目标物有着比较好的空间位置以及形态探测的能力，例如：洪水以及地震等自然灾害应用遥感的研究中，有着一定的优势，尤其是新型成像雷达技术的发展，给地质灾害遥感的应用注入了新的活力。

其中雷达的差分干涉测量技术可以用厘米量级或者是更小的尺度对地表形变进行测量，它能够提供宏观的静态信息以及给出定量的动态信息，在一定程度上促进了地质灾害遥感应用的探究。

但是它也不能对所有的问题都能够解决，它只是为地质灾害提供一些比较新的信息资源和研究手段。

如果把GPS与雷达差分干涉测量技术和研究的手段以及测量的方法进行有效的结合，对区域的地质条件和已积累的空间大地测量数据相结合并进行综合的
分析，可在很大程度上提高地质灾害的准确性、快速性和经济性，必有较为广阔的前景。

参考文献：
[1] 杜凯夫等.GPS地壳形变在地震预警中的应用探究[J].建筑工程技术与设计.2014（27）。