基于D-InSAR技术北海市地面沉降监测研究
差分干涉测量(D—InSAR)技术在矿区地面沉降监测中的应用
位信 息 。由于在 所获 取 的相 位信 息 中 ， 含有 大气延 迟、 轨道 误 差 、 平地 效应 、 地形 起 伏 、 目标两 次 成像
过 程 中的微 小形 变及 噪 声信 息 ， 此 ， —ｎ ＡＲ 的 因 Ｄ ＩＳ
转换 ， 到 差 分干 涉 图 、 强 干涉 图、 干 图 、 得 增 相 以及
＞ 涉 田计 —去相 配 线 理 像 地位地 准 噪程 影 计 『 ．算 估 缠码 基 解编 — 滤司 波 生 图 平 — 效 ◆ — — —
５ ・ ４
ＧＮ ＳＷ ｏ ｌ ｆＣｈｎ ／ ０ ０ ５ Ｓ ｒｄｏ ｉａ ２ １ ．
波 、 地 效应 消除 、 平 干涉 条纹 滤波 和相位 解缠 ， 高 相
地 面形 变 图 ， 通过 进一 步后 处理 得 到地 面沉 降分布
图 。Ｉ Ｓ ｎ ＡＲ 数 据 处 理 的 基 本 流 程 如 图 １ 示 ： 所
的 一 个 过 程 。
１ 基 本 原 理
１１ ＩＳ Ｒ 及 差 分 干 涉测 量 （ － Ｓ Ｒ 的 基本 原 理 ． ｎ Ａ ＤＩ Ａ ） ｎ
收 稿 日期 ： ０ ００ — ３ ２ １ — ８ １
・
１ ２ 双轨 法和 三轨 法数据 处理 流程 ．
差分 干涉测 量数 据处理 ， 过配准 、 经 重采样 、 滤
即为两 次成 像 的相 位差 测量 值 ， 据两 次成像 的相 根 位 差 与地面 目标 的三 维 空 间 位置 之 间存 在 的几 何 关系 ， 利用 飞行轨 道 的 参 数 ， 可测 定 地 面 目标 的 即 三维 坐标 ， 它可 以用来 提供 大范 围的高 精度数 字高
基于insar技术的地面沉降监测研究
方磊( 广东省地质测绘院，广东 广州 510800)摘 要：针对传统监测技术GNSS、水准测量等难以开展大范围、高精度和高空间分辨率的地表沉降监测工作，采用InSAR 技术对某城市17景TerraSAR-X 数据进行分析处理，得到2012～2013年度的地面沉降信息，采用水准与InSAR 同步观测方式，开展地面沉降星地一体化同步观测实验研究，利用水准观测结果对InSAR 技术地面沉降监测的精度进行分析评价，结果表明InSAR关键词：InSAR 技术;地表沉降监测;水准测量；精度分析基于InSAR技术的地面沉降监测研究作者简介：方磊（1989—），男，汉族，工程师，主要从事测绘工程、遥感等工作。
E-mail：wtl850715@1 引言地铁建设、人防工程、地下水开采等因素引发的地面沉降[1]，已成为城市地区普遍发育的环境地质灾害，尤其非均匀沉降对城镇线状工程设施稳定性构成威胁，且已造成严重损失[2]。
目前水准测量、GNSS 测量等现有地表形变监测方法测量精度较高，应用领域广泛，但存在采样点稀疏、观测周期长、测量成本高、测量点不稳定等问题，给地面沉降等地质灾害的监测和分析带来较大困难[3]。
近年来，星载合成孔径雷达干涉测量（Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR）技术，凭借高精度、实时动态、大范围的特点，在地震、滑坡、地质灾害监测等领域展现出巨大的应用潜力，为开展城市地面沉降、地裂缝等典型地质灾害监测与研究提供了新的方法[4]。
近年来，国内部分学者采用该技术在京津沉降区开展了研究。
侯安业等[5]利用北京地区31景ASAR 影像分别进行小基线与PS-InSAR 处理，验证了PS-InSAR 技术可靠性。
基于北京平原区PS-InSAR 技术反演形变时空演化特征，陈蓓蓓等[6]综合分析了地面沉降风险范围与风险程度。
罗三明等[7]就回灌等措施的沉降防治效果进行了评价。
基于INSAR技术的地表沉降监测方法与实践
基于INSAR技术的地表沉降监测方法与实践近年来，地表沉降问题引起了广泛关注。
地表沉降不仅给城市的建筑物、道路等基础设施带来严重的破坏，还可能导致地下水位下降、河流水域变浅等一系列环境问题。
因此，准确监测和预测地表沉降成为了防止灾害、合理利用地下资源的重要手段之一。
近年来，一种名为INSAR（Interferometric Synthetic Aperture Radar）的遥感技术被广泛应用于地表沉降监测。
INSAR技术利用卫星合成孔径雷达在多个时段获取的雷达波束图像，通过测量地表点在垂直方向上的变化，实现对地表沉降的监测。
INSAR技术通过对多幅波束图像进行干涉处理，可以获取地表点在不同时间段的相位差，从而推算出地表点在垂直方向上的位移。
在INSAR技术中，相位差的计算是关键步骤之一。
由于地球表面的复杂变化，相位差的计算过程十分复杂。
为了降低误差，INSAR技术需要准确校正卫星的轨道位置、卫星平台姿态等信息，并进行大气校正和地形校正等操作。
在沉降监测实践中，INSAR技术的应用已经取得了一定的突破。
以中国北方地区为例，由于地下水开采和自然地壳运动等原因，该地区存在着较为严重的地表沉降问题。
利用INSAR技术可以有效监测和分析这种地表沉降现象。
在进行地表沉降监测时，首先需要收集相应的卫星遥感数据。
通过对不同时间段的数据进行处理和分析，可以得到地表沉降的时空变化规律。
实践证明，INSAR技术在地表沉降监测中具有较高的精度和灵敏度。
除了INSAR技术，其他地表沉降监测方法也有一定的应用。
例如，GPS （Global Positioning System）技术可以通过监测地表点的坐标变化来判断地表沉降情况。
此外，激光雷达测量技术和微波辐射计也可以用于地表沉降监测。
这些方法在不同的监测场景中具有各自的优势和适用性。
对于地表沉降问题，及时采取合理的预防措施至关重要。
在监测到地表沉降现象后，应及时评估其对周围环境和基础设施的影响，并采取相应的修复和加固措施，以减小地表沉降带来的损失和影响。
基于D-InSAR的矿区沉降监测
SHANXI
山
西
ARCHITECTURE
建
筑
Vol． 38 No． 22 Aug． 2012
· 73·
· 岩土工程 · 地基基础 ·
文章编号：1009-6825 （ 2012 ） 22-0073-03
基 于 D-InSAR 的 矿 区 沉 降 监 测 ★
［8 ］ ［3 ， 7 ］
0
引言
InSAR（ Interferometric Synthetic Aperture Radar） 及其差分技术 （ DInSAR） 是近些年来发展起来的一种主动式微波遥感技术 ， 由 于其具有全天候、 全天时、 覆盖面广、 高度自动化和高精度地表形 ， 变探测能力等突出技术优点 现已成为空间对地观测技术的研究 热点
洪卓众
摘
1， 2
（ 1． 长安大学地质工程与测绘学院， 陕西 西安 710054 ；
2． 福州市勘测院， 福建 福州 350003 ）
InSAR 形变监测原理的基础上， 要：在简单介绍 D分析了影响差分干涉结果精度的误差源， 并给出了可能的消除办法 。 最后
InSAR 技术获取了该矿区的地表沉降， DInSAR 技术可以有效地提供矿区沉降 以陕北神木县大柳塔矿区为例， 利用 D结果表明， 用于指导矿区生产和整体规划 。 的最新信息， InSAR， 关键词：D煤矿， 沉降监测， 误差消除 中图分类号：TU433 文献标识码：A 1 ） baseline_error ： 卫星轨道状态矢量参数以及基线估计的不确定 性所引起的误差。目前尚无算法可精确估计雷达影像空间基线 ， 对于部分卫星的精密轨道数据可从一些网站进行免费下载 （ 例如 DELFT 精密轨道、 doris 精密轨道等） ， 从而减少配准误差并进行平 ， 地效应的去除 有时还需要人为地根据数据处理经验选取同名点 等对空间基线进行适当的调整 。 2 ） coreg_error ： 雷达单视复数影像的配准误差 。 影像配准时精 度一般要求要优于 1 /8 像素。 但是， 在实际的影像配准过程中 ， 不同时刻雷达卫星成像条件复杂， 配准的精度受到侧视成像造成的 时间与空间失相干以及斑点噪声等原因的影 雷达阴影与叠掩区域、 响， 目前很多影像配准算法的配准结果精度均能达到亚像元级。 3 ） atmos_error ： 雷达信号在传播过程中由于大气延迟而引起的 相位噪声。单天线重复轨道模式下不同时刻获取 SAR 影像的大 气异质性导致了微波信号传播过程中大气延迟 。 大气校正可利 用多景 SAR 影像自身干涉特性的统计特性进行大气效应的消除 或校正 计
INSAR技术在城市地面沉降监测中的应用
4.3 复影像配准
目的： 由于获取两幅复影像时雷达天线位置不同，因此在方位向和距离向会造成同 一场景飘移和扭曲，在形成干涉相位图之前必须使同一场景的两幅复影像精 确配准，在距离向和方位向重采样，使得每个像素点反映的是同一目标区域 的信息。 步骤： ①粗配准： 配准精度大约为几个或十几个像元②像元级配准③亚像元级配准 方法： ①粗配准
滤波处理
生成配准后的复 型数据 相位差的相干系数计算 生成相干系数 图
相位差数据处理 根据相干系数处理
生成干涉图
相位解缠 生成解缠后的干 涉图
由相位数据计算高程 地学编码校 正
生成DEM
4.1数据源 选择
4.2 SAR图像的过采样和干涉图像对的预滤波 4.2.1 SAR图像过采样 避免在形成干涉条纹时出现频谱卷绕 （wrap-around） 4.2.2 干涉图像对预滤波 消除多普勒质心不同的情况，增强数据的 相干性，分为方位向预滤波和距离向预滤 波
f
i 0
N 1
，式中 f i 表示影像的频谱值，SNR 越高，影像匹配的越好
i
f max
两种配准方法结果
4.4 生成干涉相位图
将主复影像与重采样后的辅复影像共轭相乘，得到一个新的复影像，其相位图即是干涉图。 设主、辅复图像分别为 R 和 S，则两影像的像点可以表示为：
rij aij ibij ， sij cij id ij ，式中：a,b 和 c,d 分别为影像 R 和 S 的实部和虚部。
2.2 国内研究现状
目前,我国对InSAR 这一新技术的研究仍处于起步阶段 2002 年天津市利用1992年至2000 年期间的ERS 数据对天津市区进行了试验 研究 上海和苏州也进行了InSAR 相关研究。
D_InSAR技术应用于矿区开采沉陷的监测分析_刘慕溪
Ｄ－ＩｎＳＡＲ技术应用于矿区开采沉陷的监测分析刘慕溪1刘冬2（1.广东省核工业地质局测绘院广东广州510800；2.株洲市规划设计院湖南株洲412000）摘要：文章分析了合成孔径雷达差分干涉测量技术（D-InSAR）相比较于传统监测手段的优势，作者采用二轨法D-InSAR技术，利用西山煤电古交矿区2个时段的TerraSAR-X数据，获取了该矿区试验时间段内的地面形变图，指出了处理D-InSAR数据过程中发现的一些问题，并对该技术用于监测矿区地表沉降进行展望。
关键词：D-InSAR；二轨法；矿区地面沉降；数据处理0引言合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术诞生于20世纪60年代末，它是由雷达影像复数据推导出的雷达信号的信息作为信息源，并利用这些相位信息提取地表三维信息的一项技术。
InSAR技术是利用获得的同一区域的SAR复数影像，对同一个地物的回波信号进行干涉，确定该地区的干涉纹图，并且对相位信号进行分析，确定该区域的DEM或是形变信息。
D-InSAR是在InSAR技术上进一步发展而来的，通过比较两幅或多幅同一地区的SAR影像的相位变化（干涉图），从干涉图导出视线方向距离的变化，从而反推出地表形变，因此可以用来监测地表目标的水平和垂直运动。
合成孔径雷达干涉测量具有全天时、全天候、广覆盖、高分辨率等优点，在地表形变的相关领域中得到了广泛的应用。
1989年美国人Gabriel等人利用Seasat L波段SAR数据测量了加利福尼亚东南部的英佩瑞尔河谷灌溉区的地表形变［1］，首次论证了D-InSAR技术可以用于监测厘米级的地表形变。
之后，到20世纪90年代后期，部分学者通过实验证实D-InSAR技术对地球表面形变监测的精度可以达到毫米级。
但是目前来看，D-InSAR技术具有仪器噪声、卫星轨道误差、大气延迟、时间去相干、空间去相干、外部DEM估计误差、残差地形相位以及处理过程中的误差等；煤矿区的植被覆盖变化引起的地表反射特性变化，导致干涉相位在时变和地面散射体失相关，有时甚至得不到有用的干涉图［2］。
D-InSAR与PS-InSAR技术应用于苏州地面沉降监测之比较
D-InSAR与PS-InSAR技术应用于苏州地面沉降监测之比较
D-InSAR与PS-InSAR技术是目前比较常用的两种区域地面沉
降监测方法。
在苏州地面沉降监测中，这两种方法也被广泛应用，但是它们各自具有优点和缺点。
D-InSAR技术是基于大规模的SAR数据集，通过计算不同时
期内的SAR影像间的相位差来获得地面沉降情况。
这种方法
具有高时间分辨率，能够快速检测地面沉降的变化趋势。
但是
D-InSAR技术在地面沉降监测的准确性上存在一定的局限性，因为这种技术仅能够检测表层地面的变化情况。
相比之下，PS-InSAR技术具有更高的准确性。
它通过利用多
时期SAR影像的星点合成来获取地表变形状态，能够有效避
免大气影响和不同时间影像的相位不一致问题。
但是PS-InSAR技术需要进行高精度的监测处理，因此需要消耗更多的时间和资源。
总体而言，D-InSAR技术和PS-InSAR技术在苏州地面沉降监
测中都能够提供有用的信息，但是应用场景各有不同。
若是需要快速监测地面沉降的变化趋势，可选择D-InSAR技术；若
是需要高精度的地面沉降监测结果，则应选择PS-InSAR技术。
在实际应用时，可以根据具体监测的目的和需求选择合适的方法，从而更好地实现地面沉降监测。
基于GAMMA的DInSAR技术在矿区地面沉降监测中的应用
文献综述
文献综述
干涉合成孔径雷达（InSAR）技术是一种利用微波雷达干涉测量地表形变的技 术。自20世纪90年代问世以来，InSAR技术在地质灾害监测、土地资源调查、城 市沉降监测等领域得到了广泛应用。在矿区沉降监测方面，InSAR技术能够有效 监测矿区的微小形变，具有高精度、高分辨率、大范围监测等优势，为矿区安全 生产提供了可靠的科技支撑。
星载雷达干涉测量技术在地壳运 动监测中的应用
星载雷达干涉测量技术在地壳运动监测中的应用
地壳运动是引起地面沉降的主要原因之一。星载雷达干涉测量技术通过连续 监测地壳运动，能够及时发现和预测地面沉降。例如，通过分析星载雷达干涉测 量数据，可以计算出地壳运动的速率和方向，进而推断出地面沉降的发展趋势。 此外，星载雷达干涉测量技术还可以用于地震活动的监测，为地震预测提供重要 的数据支持。
技术原理
技术原理
InSAR技术主要依赖于干涉测量原理，通过两幅或多幅雷达图像的相位差来计 算地表形变。在矿区沉降监测中，InSAR首先通过卫星或无人机等载体获取矿区 的雷达图像，然后利用相位差算法提取矿区的微小形变信息。此外，InSAR技术 还结合了卫星定位技术、数据采集技术和数据处理技术等，以实现高精度、高效 率的沉降监测。
研究方法
研究方法
使用InSAR技术进行矿区沉降监测的研究方法主要包括以下几个步骤：
研究方法
1、数据采集处理：通过卫星或无人机等载体获取矿区的雷达图像，并进行预 处理，如辐射定标、地理编码等。
研究方法
2、相位差计算：将预处理后的雷达图像进行干涉处理，计算图像间的相位差， 并生成干涉图。
研究方法
基于GAMMA的DInSAR技术在矿区 地面沉降监测中的应用
基本内容
基于D—InSAR技术的矿区沉陷应用
摘要 ： 雷达差分干涉测量 （ Ｄ — Ｉ ｎ Ｓ Ａ Ｒ ） 技术一种新兴 的地表形变监测技术， 具有精度 高、 监测范围广等特点。本文以甘 肃平凉华 亭 煤矿 为例研究该技 术在矿 区的应 用， 首先采用 两轨法 Ｄ — Ｉ ｎ Ｓ Ａ Ｒ技术获取 了矿 区在 ２ ０ ０ ７ — ２ ０ １ ０年的地表形 变场， 然后分析 了Ｉ ｎ Ｓ Ａ Ｒ地 表 形变场的特点。 结果表 明 Ｄ— Ｉ ｎ Ｓ Ａ Ｒ技术监测到的沉陷信 息可 以较为准确 的反映矿 区实际沉 陷状况， 可以作 为一种获取大范围煤矿 区的地表沉 陷的有 效方法。
人力， 物力和财力 ， 不 适 合 用 于 对 矿 区进 行 快 速 、 准确、 实 提 取 煤矿 沉 陷形 变 的量 级和 范 围 的研 究 。 华亭 煤 矿 位 于 甘
时的监测。合成 孔径 干涉雷达 Ｉ ｎ Ｓ Ａ Ｒ ） 是近年来发展起来 肃 省 平 凉 市 ， 从地质构 造角度 ， 该 区 域 位 于 六 盘 山 断 裂 带 的 一种 先进 的 空 间对 地 观 测 技 术 。其 方便 快 捷 、 覆 盖范 围 的 中段 东侧 。 考 虑 到研 究 区域 地 表 植 被 覆 盖 茂 密 ， 本 文 选 广、 空间分 辨率 高等特点 ， 使Ｉ ｎ Ｓ Ａ Ｒ技术 迅速成为 国际研 取 了 日本 Ａ Ｌ Ｏ Ｓ Ｐ Ａ Ｌ Ｓ Ａ Ｒ 卫 星影 像 资 料 ，波 长 ２ ３ ． ６ ｃ ｍ， 对 究的热点。 植 被 有较 好 的 穿透 能力 ，影 像 获取 时 间 为 ２ ０ ０ ７年 ７月 至 近年来 ， Ｉ ｎ Ｓ Ａ Ｒ技术在监 测矿 区沉陷和地质 灾害方面 ２ ０ １ ０年 ７月 ， 共 １ １ 景升轨数据。 应 用 已取 得 了一定 的成 果 ， Ｃ ａ ｎ ｅ ｃ 等首先用 Ｄ — ｌ ｎ Ｓ Ａ Ｒ 监 测 本文采用瑞 士 Ｇ Ａ ＭＭ Ａ公 司开发 的 Ｇ Ａ Ｍ ＭＡ 雷 达 干
基于DInSAR数据的地面沉降研究
DInSAR数据的地面沉降研究——西班牙穆尔西亚市土体参数识别和地面沉降预测[西班牙] R. Tomás, G. Herrera b, J. Delgado a等田芳译；冯翠娥、段琦校译地面沉降是世界上很多地区都遭受的一种灾害，每年都会引起巨大的经济损失。
穆尔西亚市（Murcia）位于西班牙东南部，从上世纪90年代就受到地面沉降的影响。
本文利用永久散射体干涉测量（PSI）技术对含水层过度开采引起的地面沉降进行了遥感监测。
特别是，相关像元分析技术（Coherent Pixels Technique，简称CPT）已经应用到ERS和ENVISAT卫星获取的SAR图像上。
利用1993～1995年的CPT位移时间序列对提出的一维沉降模型进行参数识别。
因此，CPT时间序列已经成功地用于获取土体的物理参数。
然后利用该模型预测了1993-2007年间的变形。
通过比较模型预测值与1995～2007年间实际的沉降时间序列，发现平均绝对误差为3.2±2.5 mm。
尽管使用的这个一维模型是简化的，但是研究结果显示了CPT获取的位移信息在识别与验证因地下水过度开采引发的地面沉降数值模型中的有效性，能够用来预测未来水位下降时的含水层响应。
1 简介含水层过度开采引发的地面沉降灾害正影响着我们的社会。
很明显的现象就是，大面积地区的地面在多年内持续出现几毫米甚至几米的垂向位移。
沉降问题对于城市地区而言是非常重要的一个问题，因为它能够破坏基础设施，引发严重的经济损失。
据估计，全世界有150多个城市出现了因地下水过量开采而引发的严重的地面沉降问题（Hu等，2004）。
一些熟知的例子包括意大利波河平原（Po Valley），墨西哥城，美国羚羊谷、圣塔克拉拉谷（Santa Clara Valley）和圣约魁谷（San Joaquin Valley），泰国曼谷以及中国上海。
在西班牙东南部的大城市，因地下水过量开采而引发的地面沉降已经造成5000多万欧元的损失，在1992~1995年旱期之后产生了严重的社会影响（Martínez 等，2004）。
基于Sentinel1和DInSAR的地表沉降地理国情监测技术研究
第４２卷第４期２０１９年４月测绘与空间地理信息ＧＥＯＭＡＴＩＣＳ＆ＳＰＡＴＩＡＬＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ.４２ꎬＮｏ.４Ａｐｒ.ꎬ２０１９收稿日期:２０１８－０５－１４作者简介:雷宇斌(１９７１－)ꎬ男ꎬ湖南洞口人ꎬ高级工程师ꎬ硕士ꎬ２０１３年毕业于中南大学公共管理专业ꎬ主要从事国土测绘相关的应用研究工作ꎮ基于Ｓｅｎｔｉｎｅｌ－１和Ｄ－ＩｎＳＡＲ的地表沉降地理国情监测技术研究雷宇斌ꎬ曹㊀诚ꎬ董胜光(湖南省第二测绘院ꎬ湖南长沙４１０００２)摘要:为推进合成孔径雷达差分干涉测量(Ｄ－ＩｎＳＡＲꎬＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃＳｙｎｔｈｅｔｉｃＡｐｅｒｔｕｒｅＲａｄａｒ)技术在地表沉降地理国情监测中的应用ꎬ本文利用Ｄ－ＩｎＳＡＲ技术ꎬ以某矿区为研究对象ꎬ基于５景哨兵－１卫星(Ｓｅｎｔｉｎｅｌ－１)雷达影像ꎬ采用ＳＡＲｓｃａｐｅ与ＡｒｃＧＩＳ软件相结合处理的方式得到了精准的成果数据ꎬ并结合实地水准观测结果对Ｄ－ＩｎＳＡＲ地表沉降监测的精度进行了对比分析ꎮ结果表明:利用Ｄ－ＩｎＳＡＲ技术进行地表沉降地理国情监测ꎬ具有较高的测量精度ꎬ且该技术具有大尺度连续覆盖能力㊁受天气干扰小㊁低成本等特点ꎬ在地理国情监测等相关领域有非常好的应用前景ꎮ关键词:Ｄ－ＩｎＳＡＲꎻ哨兵－１卫星ꎻ地表沉降ꎻ地理国情监测中图分类号:Ｐ２０８㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１６７２－５８６７(２０１９)０４－００７９－０４ＳｔｕｄｙｏｎＮａｔｉｏｎａｌＧｅｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｅｔｔｌｅｍｅｎｔＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＢａｓｅｄｏｎＳｅｎｔｉｎｅｌ－１ａｎｄＤ－ＩｎＳＡＲＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬＥＩＹｕｂｉｎꎬＣＡＯＣｈｅｎｇꎬＤＯＮＧＳｈｅｎｇｇｕａｎｇ(ＴｈｅＳｅｃｏｎｄＳｕｒｖｅｙｉｎｇａｎｄＭａｐｐｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＨｕᶄｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｅꎬＣｈａｎｇｓｈａ４１０００２ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＤ－ＩｎＳＡＲ(ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃＳｙｎｔｈｅｔｉｃＡｐｅｒｔｕｒｅＲａｄａｒ)ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｎａ￣ｔｉｏｎａｌｇｅｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇꎬａｓｔｕｄｙｉｎａｍｉｎｉｎｇａｒｅａｂａｓｅｄｏｎＤ－ＩｎＳＡＲａｎｄＳｅｎｔｉｎｅｌ－１ꎬｉｎｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｗｉｔｈＳＡＲ￣ｓｃａｐｅａｎｄＡｒｃＧＩＳｓｏｆｔｗａｒｅｗａｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄꎬｗｈｉｃｈｗａｓｐｒｏｖｅｄｔｏｂｅａｇｒｅａｔｓｕｃｃｅｓｓｉｎｏｂｔａｉｎｉｎｇａｃｃｕｒａｔｅｄａｔｅ.Ｍｅａｎｗｈｉｌｅꎬｔｈｅｐｒｅｃｉ￣ｓｉｏｎｏｆｎａｔｉｏｎａｌｇｅｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｕｓｉｎｇＤ－ＩｎＳＡＲｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｆｉｅｌｄｌｅｖｅｌｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ.ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＤ－ＩｎＳＡＲｈａｓｇｏｏｄｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｎａｔｉｏｎａｌｇｅｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎꎬｌａｒｇｅｓｃａｌｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃｏｖｅｒａｇｅꎬｓｍａｌｌｗｅａｔｈｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅａｎｄｌｏｗｃｏｓｔ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:Ｄ－ＩｎＳＡＲꎻｓｅｎｔｉｎｅｌ－１ꎻｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔꎻｎａｔｉｏｎａｌｇｅｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ０㊀引㊀言地理国情监测是加快生态文明建设㊁美丽中国建设ꎬ合理配置各类资源ꎬ实现绿色发展的重要支撑ꎮ地表沉降跟人们的生活有着密切联系ꎬ对地下资源过度开采导致的地面沉降ꎬ已经成为制约经济社会可持续发展的重要灾害ꎬ是地理国情监测的重要内容之一ꎮ从沉降监测手段方面看ꎬ传统的水准测量㊁ＧＰＳ测量难以在短时间内对大面积区域进行沉降监测ꎬ而Ｄ－ＩｎＳＡＲ技术具有范围广㊁效率高等特点ꎬ在地表沉降监测领域有巨大优势ꎮ本文利用Ｄ－ＩｎＳＡＲ技术对某矿区地表进行监测ꎬ并结合已有的实测资料进行了精度分析ꎮ１㊀Ｄ－ＩｎＳＡＲ方法与理论Ｄ－ＩｎＳＡＲ技术是运用差分干涉测量方法对合成孔径雷达(ＳＡＲ)影像进行差分处理ꎬ除去无效相位信息后提取形变相位ꎮ以地形相位信息消除方法的不同ꎬ可以分为二轨法㊁三轨法和四轨法ꎮ二轨法是目前最常用的一种对雷达影像进行处理的方法ꎮ三轨法或四轨法往往是由于没有外部数字高程模型(ＤＥＭ)而采用的方法ꎬ对雷达影像质量要求较高ꎬ处理难度大ꎬ流程更复杂ꎬ容易引入更多误差ꎮ本文采用二轨法对雷达影像进行处理ꎮ二轨法需要两幅ＳＡＲ影像和外部ＤＥＭ(如图１所示)ꎮ将研究区ＳＡＲ影像按时间序列两两处理ꎬ其中ꎬ一幅影像图拍摄时间在前的作为主影像ꎻ另一幅影像图拍摄时间在后的作为辅影像ꎮ用外部ＤＥＭ图模拟数据干涉生成目标的地形相位ꎮ两幅影像图相干生成的干涉图包含有形变相位㊁地形相位ꎬ将干涉图去除掉ＤＥＭ图模拟生成的地形相位后得到目标的形变相位ꎮ得到同一地点的多期相对地表变形量后ꎬ再将多期地表变形进行时序累加ꎬ最后获得研究区的动态地表沉降量ꎮ图１㊀二轨法Ｆｉｇ.１㊀Ｔｗｏ－ｔｒａｃｋｍｅｔｈｏｄ２㊀Ｄ－ＩｎＳＡＲ在地表沉降监测中的应用２.１㊀研究区概况研究区为一处利用钻井水溶法开采无水芒硝㊁岩盐㊁钙芒硝等盐类的矿区ꎬ位于湖南省北部ꎬ面积约１５ｋｍ２ꎮ区域内地形平坦ꎬ地表主要为农田ꎬ分布有大㊁小水塘多个ꎬ人工渠道纵横交叉ꎮ自然村散落分布ꎬ区内约有民房１１０多户ꎬ主要为砖木结构和砖混结构的平房㊁二层楼房ꎬ个别为土坯房ꎮ从研究区的地下采矿活动来看ꎬ水溶法开采会造成地表大面积沉陷(如图２所示)ꎬ这种采矿方法会造成地形地貌发生变化ꎬ并且由于采矿持续开展ꎬ变化越来越剧烈ꎮ图２㊀矿区地表沉降现状Ｆｉｇ.２㊀Ｃｕｒｒｅｎｔｓｔａｔｕｓｏｆｓｕｒｆａｃｅｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｉｎｍｉｎｉｎｇａｒｅａ２.２㊀数据情况哨兵１号(Ｓｅｎｔｉｎｅｌ－１)卫星是欧洲航天局发射的地球观测卫星ꎬ由两颗卫星组成ꎬ分别于２０１４年㊁２０１６年发射ꎬ卫星搭载Ｃ波段合成孔径雷达ꎬ可提供连续图像(白天㊁夜晚和各种天气)ꎮ该卫星具有两大特点:１)超高的辐射分辨率(１ｄＢ/３σ)ꎬ大大提升了雷达图像参数反演的精度ꎻ２)优良的覆盖性能和重访性能ꎬ中国地区重返周期为１２ｄꎮ哨兵数据是目前现势性较好的免费ＳＡＲ数据ꎬ是理想的地表沉降监测研究数据源ꎮＳｅｎｔｉｎｅｌ－１详细参数见表１㊁下载产品接受模式见表２ꎮ表１㊀Ｓｅｎｔｉｎｅｌ－１详细参数表Ｔａｂ.１㊀Ｓｅｎｔｉｎｅｌ－１ｄｅｔａｉｌｅｄｐａｒａｍｅｔｅｒｌｉｓｔ操作模式分辨率幅宽极化条带模式(ＳＭ)４ˑ５ｍ２８０ｋｍＶＶ＋ＶＨ或ＨＨ＋ＨＶ干涉测量宽幅模式(ＩＷ)５ˑ２０ｍ２２４０ｋｍＶＶ＋ＶＨ或ＨＨ＋ＨＶ超宽幅模式(ＥＷ)２５ˑ８０ｍ２４００ｋｍＶＶ＋ＶＨ或ＨＨ＋ＨＶ波模式(ＷＶ)２０ˑ５ｍ２２０ˑ２０ｋｍ２(每１００ｋｍ)ＶＶ＋ＶＨ或ＨＨ＋ＨＶ表２㊀下载产品接受模式表Ｔａｂ.２㊀Ｄｏｗｎｌｏａｄｐｒｏｄｕｃｔａｃｃｅｐｔａｎｃｅｍｏｄｅ产品名称具体详情备注ＳＭＳＬＣ条带模式的斜距单视复数产品ＩＷＳＬＣ干涉宽幅模式的斜距单视复数产品通常研究用ＥＷＳＬＣ超宽幅模式的斜距单视复数产品ＳＭＧＲＤ条带模式的地距多视产品ＩＷＧＲＤ干涉宽幅模式的地距多视产品ＥＷＧＲＤ超宽幅模式的地距多视产品本研究选用２０１６年１１月至２０１７年１月期间５景Ｓｅｎｔｉｎｅｌ－１Ａ数据作为干涉影像数据ꎬ获取季节为冬季ꎬ植被覆盖度低ꎬ地面裸露ꎬ增加了主辅图像之间的相干性ꎮ所用外部ＤＥＭ为１０ｍ网格数据ꎬ具体情况见表３ꎮ表３㊀卫星参数表Ｔａｂ.３㊀Ｓａｔｅｌｌｉｔｅｐａｒａｍｅｔｅｒ干涉对序号成像时间主影像辅影像轨道时间基线空间基线１２０１６.１１.１２２０１６.１１.２４升轨１２ｄ４２.２０３ｍ２２０１６.１１.２４２０１６.１２.１８升轨２４ｄ２０.１７５ｍ３２０１６.１２.１８２０１６.１２.３０升轨１２ｄ３５.３９５ｍ４２０１６.１２.３０２０１７.０１.１１升轨１２ｄ４０.２３３ｍ２.３㊀数据处理与成果分析为有效克服ＳＡＲ影像遭受基线误差㊁大气误差㊁地形误差及时间失相关等因素影响ꎬ本研究采用ＳＡＲｓｃａｐｅ软件ꎬ结合ＡｒｃＧＩＳ软件进行相关处理(如图３所示)ꎮ０８㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀测绘与空间地理信息㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１９年图３㊀数据处理流程图Ｆｉｇ.３㊀Ｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｆｌｏｗｃｈａｒｔ１)干涉图生成软件中输入主辅影像进行相乘共轭得到干涉图的同时ꎬ以ＤＥＭ数据自身带有的地形信息对干涉图进行去平地效应ꎬ消除干涉图中的地形相位ꎬ在后续过程中无需再进行干涉去平ꎮ２)滤波和相干性计算去平地效应后的干涉条纹图存在很多斑点现象ꎬ原因是噪声或其他误差因素引起的ꎬ导致干渉条纹图的相位出现不一致的现象ꎬ会引起误差ꎬ造成相位解缠的困难ꎮ因此ꎬ在去除平地效应的过程中ꎬ必须进行滤波处理ꎮ软件提供Ａｄａｐｔｉｖｅ滤波㊁Ｂｏｘｃａｒ滤波及Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎ滤波３种滤波方法ꎬ但３种方法适用性不同ꎬＡｄａｐｔｉｖｅ滤波方法适用于高分辨率的数据(如ＴｅｒｒａＳＡＲ－Ｘ)ꎻＢｏｘｃａｒ滤波方法适用于局部干涉条纹的频率来优化滤波器ꎬ尽可能保留了微小的干涉条纹ꎻＧｏｌｄｓｔｅｉｎ滤波方法可提高干涉条纹的清晰度ꎬ减少了由空间基线或时间基线引起的失相干的噪声ꎮ根据所获得的数据及项目具体情况ꎬ本文选用Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎ滤波方法ꎮ对处理所得的四幅相干性系数图(如图４所示)ꎬ研究发现图４(ｂ)２０１６.１１.２４ ２０１６.１２.１８干涉对比其他图灰度值小(颜色较暗)ꎬ即代表其相干性比另外三对数据低ꎬ这点恰好证明了Ｄ－ＩｎＳＡＲ技术受时间影响ꎬ同一轨道中两幅雷达影像的获取时间内ꎬ地面目标的散射特性都会发生变化ꎬ时间越久ꎬ发生的变化越多ꎬ干涉过程产生的噪声也会相应变多ꎬ干涉影响的相干性则会相应降低ꎮ３)相位解缠及沉降图的生成相位解缠是对去平和滤波后的相位进行解缠处理ꎬ使之与线性变化的地形信息对应ꎬ解决２π模糊的问题ꎮ本文采用最小费用流法(ＭＣＦ法ꎬＭｉｎｉｍｕｍＣｏｓｔＦｌｏｗ)进行相位解缠ꎬ再根据相位和形变的对应关系ꎬ从解缠后的形变相位转化为垂直方向的形变图(如图５所示)ꎮ图４㊀相干性系数图Ｆｉｇ.４㊀Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｍａｐ图５㊀沉降图Ｆｉｇ.５㊀Ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｍａｐ４)空间分析成果为便于对地表沉降情况进行更深入的分析ꎬ利用ＡｒｃＧＩＳ软件制作剖面图和３Ｄ可视图(如图６所示)ꎬ能更加直观地表示沉降量大小和沉降位置分布ꎮ３㊀精度分析本次研究开展之前ꎬ矿区为了及时掌握和控制范围内的地表及居民房屋的破坏情况ꎬ布设了沉降观测网ꎮ观测网由基准点㊁工作基点㊁若干观测环㊁观测导线及监测点组成ꎬ采用二等水准测量方法进行观测ꎮ１)基准点基准点设立在矿体下盘不受开采影响的稳定区域ꎬ基准点以３点为一组ꎬ以供工作基点检核之用ꎮ１８第４期雷宇斌等:基于Ｓｅｎｔｉｎｅｌ－１和Ｄ－ＩｎＳＡＲ的地表沉降地理国情监测技术研究图６㊀空间分析图Ｆｉｇ.６㊀Ｓｐａｔｉａｌａｎａｌｙｓｉｓ２)工作基点在观测区不受开采影响的稳定区域ꎬ设立一组工作基点ꎬ作为监测工作点之用ꎬ工作基点本身纳入观测环和观测线当中ꎮ３)观测环由基准点出发ꎬ在已采㊁在采㊁待采地表布设点位分布的观测环ꎬ即闭合水准路线ꎬ其观测成果作为地表监测的工作基础ꎮ４)监测点监测点也称工作点ꎬ设在乡村硬化道路旁㊁居民地空地等位置ꎬ还在变形典型的建筑物上布设了监测点ꎮ３.１㊀统一时空基准时空基准的统一是两种方法相比较的基础ꎮ空间基准方面:将Ｄ－ＩｎＳＡＲ与水准测量结果统一投影到ＷＧＳ－８４坐标系下ꎮ时间基准方面:ＳＡＲ影像获取时间为２０１６年１１月１２日至２０１７年１月１１日ꎬ水准两次测量时间为２０１６年１０月底和２０１６年１２月底ꎮ３.２㊀误差计算由于利用Ｄ－ＩｎＳＡＲ技术取得的沉降成果是栅格数据ꎬ本文根据设置的水准点平面位置提取Ｄ－ＩｎＳＡＲ测量结果数值ꎬ为了能更精确地获得靠近水准点位置的数值ꎬ本文采用双线性插值法根据相邻像元的有效值计算像元值ꎬ共提取得到３０个点位的数据(见表４)ꎮ误差评价采用如下公式:平均误差公式:φ＝ʃðｉ＝１Ｄｉ－ＳｉＮ中误差公式:ｍ＝ʃðｎｉ＝１(Ｄｉ－Ｓｉ)２Ｎ－１式中:φ为平均误差ꎻＤｉ为水准测量值ꎻＳｉ为Ｄ－ＩｎＳＡＲ测量值ꎻｍ为中误差ꎮ根据上述公式ꎬ计算得平均误差为ʃ１６.９ｍｍꎬ中误差为ʃ２０.１ｍｍꎮ表４㊀沉降量对比表单位:ｍｍＴａｂ.４㊀Ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ(ｕｎｉｔ:ｍｍ)序号水准Ｄ－ＩｎＳＡＲ差值序号水准Ｄ－ＩｎＳＡＲ差值１－１.６－７.２５.６１６－３.８－３１.３２７.５２－２.９－１２.５９.６１７－５.１－２７.１２２３－５.２－２６.９２１.７１８－１０.３－８.１－２.２４－９.８－３４.３２４.５１９－３.４－１２.３８.９５－４.９－３７３２.１２０－７.３－２７.５２０.２６－１２.４－４１.７２９.３２１－２１.４－１０.８－１０.６７－１.２－３５.３３４.１２２８.７－１.１９.８８－３.１－３１２７.９２３－１３.３－２８.２１４.９９－４.２－３３.４２９.２２４－２２.９－２５２.１１０－７.５－３１.２２３.７２５－２４.１－１７－７.１１１１.４－３４.５３５.９２６－７.３－１３.５６.２１２－１１.１－２４.７１３.６２７２.４－９.２１１.６１３－７.９－１５.２７.３２８－１０.７－１９.４８.７１４４.７－８.８１３.５２９－１.８－２０.２１８.４１５－５－３.３－１.７３０－５.１－３２.７２７.６４㊀结束语本文采用Ｄ－ＩｎＳＡＲ二轨法对某矿区的Ｓｅｎｔｉｎｅｌ－１影像数据进行差分干涉处理ꎬ从最终获得的矿区地表沉降分布与传统水准测量结果对比来看ꎬ两种方法获得的地表沉降趋势基本一致ꎬ精度也完全满足监测需求ꎮ研究表明:基于Ｓｅｎｔｉｎｅｌ－１影像的Ｄ－ＩｎＳＡＲ技术具有高时空分辨率㊁大尺度连续覆盖能力㊁成本低等优势ꎬ可有效获取矿区动态地表变形ꎬ该技术可作为各类地下资源开采地表变形地理国情监测的重要技术手段ꎮ参考文献:[１]㊀张影ꎬ张继东. 二轨法 Ｄ－ＩｎＳＡＲ的误差特性分析[Ｊ].湖南理工学院学报ꎬ２００９ꎬ２２(４)ꎬ２２－２５.[２]㊀洪卓众.基于Ｄ－ＩｎＳＡＲ的矿区沉降监测[Ｊ].山西建筑ꎬ２０１２ꎬ３８(２２):７３－７５.[３]㊀姚顽强ꎬ马飞.用ＩｎＳＡＲ作地面沉降监测的试验研究[Ｊ].大地测量与地球动力学ꎬ２０１３ꎬ２２(４):６６－７０.[４]㊀龙四春.Ｄ－ＩｎＳＡＲ改进技术及其在沉陷监测中的应用[Ｍ].北京:测绘出版社ꎬ２０１２.[５]㊀汪宝存.ＩｎＳＡＲ地面沉降监测精度分析与评价[Ｊ].遥感信息ꎬ２０１５ꎬ３０(４)ꎬ８－１３.[６]㊀魏海霞.融合Ｄ－ＩｎＳＡＲ技术与ＡｒｃＧｉｓ软件的矿区开采沉陷监测[Ｊ].金属矿山ꎬ２０１６(１１):１２８－１３１.[７]㊀ＦａｎＨｏｎｇｄｏｎｇꎬＣｈｅｎｇＤａｎꎬＤｅｎｇＫａｚｈｏｎｇꎬｅｔａｌ.Ｓｕｂｓｉｄ￣ｅｎｃｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｕｓｉｎｇＤ－ＩｎＳＡＲａｎｄｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｉｎｔｅｇｒａｌｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌｌｉｎｇｉｎｄｅｅｐｍｉｎｉｎｇａｒｅａｓ[Ｊ].ＳｕｒｖｅｙＲｅ￣ｖｉｅｗꎬ２０１５ꎬ４７(３４５):４３８－４４５.[编辑:张㊀曦]２８㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀测绘与空间地理信息㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１９年。
合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术在地表沉降监测中的应用
合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术在地表沉降监测中的应用作者：张倍倍来源：《西部资源》2014年第05期摘要：近年来，合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术应用于地表沉降监测研究领域的方法与实例在国内外工程实践和科研活动中经常出现。
近几十年来由于地下水的长期超量开采，华北平原已成为世界上超采地下水最严重、地下水降落漏斗面积最大、地面沉降面积最大、沉降类型最复杂的地区，地表沉降监测周期长、成本高、数据量大，通过InSAR技术的应用可有效提高地表沉降观测的精确性，为预防和减少经济损失发挥积极重要作用。
关键词：合成孔径雷达士涉测量（InSAR）变形监测地面沉降1.InSAR简介孔径雷达干涉测量（InSAR）是合成孔径雷达应用中较晚出现的技术，它是以合成孔径雷达复数据提取的干涉相位信息为信息源获取地表三维信息和变化信息的技术，合成孔径雷达（SAR）属于微波遥感的范畴，它可以穿透云层，甚至在一定程度上穿透雨区，同时具有不依赖于太阳作为照射源的特点，使其具有全天候、全天时的观测能力；微波遥感还可以在一定程度上穿透植被，可以提供可见光、红外遥感所得不到的关键信息。
随着SAR遥感技术的不断发展与完善，它已在变形监测中发挥越来越重要的作用。
2.InSAR基本原理InSAR技术基本思想是：利用两副天线同时成像或一副天线相隔一定时间重复成像，获取同一区域的复雷达图像对，形成干涉纹图。
干涉纹图中的相位值即为两次成像的相位差测量值，根据相位差与地面目标的三维空间位置之间存在的关系，利用轨道参数，即可测定地面目标的三维坐标，其基本几何原理为（见图1）：设H为第一个天线的相对高度，ξ为基线B的倾斜角，λ为波长，γ1、γ2是雷达天线与地物点之间的距离，可以用基线分量B x、B z：及区域入射角θ来表示，两天线接收同一表面元素信号的相位差Φ表示为：3.数据解算过程从InSAR的原理可知，欲求得高程，一方面要求获得准确的相位差，另一方面也要求能估计出精确的轨道参数等，InSAR数据处理的主要步骤包括：影像配准，干涉图生成，噪声滤除，基线估算，平地效应消除，相位解缠，高程计算等，有时还需要一定的地面控制点来计算有关的参数。
基于PS-DInSAR技术的地面沉降监测
（）Ｐ ． ｎ ＡＲ技术 能够有 效 消除 或 削弱 时 空失 相 ２ Ｓ ＤＩ Ｓ 关 的 影 响。 如果 雷达 两 次 回波 信 号 的相 关性 过 低或 没 有 相 关性 ， 无法 进 行干 涉 ， 无法 进 行地 表 形变 监测 。而 就 就 基 于永 久 散射 体 的合 成孔 径 雷 达干 涉 测量 能够 克服 时 空 的 失相 关 ， 雷达 回 波信 号 能够进 行 干涉 ， 从而 监 测地 面形
基于 Ｐ ＩＳ ＳＤ ｎ ＡＲ技术 的地面沉 降监测
口 顾 斌 董 杰 董 妍
（ｌ中国矿业大学江苏省资源环境信 息工程重点实验 室 江苏 ・ 州 ２ １１ ； 【】 徐 ２ ｌ６
【】 ２ 中国矿业大学国土环境与灾害监测 国家测绘局重点 实验室 江苏 ・ 州 ２ １ ｌ ） 徐 ２ ｌ６
近年来 ， 随着社会经济的发展 ， 由于地质构造运动和大量
通 过和常规 的差分 干涉（ ｌ Ｓ ） 术进行对 比， 以 Ｄ－ ＡＲ 技 ｎ 可
汲取地下承压水所导致的地面沉降， 人类 社会带来 了严重 发现 Ｐ ． ｎ ＡＲ技术具有 明显 的优 越性 （ １ ， 要体现 给 ＳＤＩＳ 表 ）主 的灾 害， 严重威 胁了人 民生命财产 安全 。在美 国， 有遍及 ４ 在 ： ５
ＩＳ ｎ ＡＲ技术， 对几何基线要求有一 定的限制 ， 一般只使用基线
距小于 ３ ０ 的干涉对 ； ０ｍ 同样 时间基线也是一个 重要 限制 ， 尤
其是在植被覆盖 的区域，时间问隔稍长就可能导致相位失相
干 而无 法 进 行 监 测 。
（） ４ 对于 原始数据量的要求不 同。 传统 Ｄ－ Ｓ Ｒ技术， ＩＡ ｎ 一
D-InSAR技术在地面沉降监测中的应用与发展前景
１ 合成 孔径雷达差分干涉测 量 （ Ｄ — Ｉ ｎ Ｓ Ａ Ｒ） 技 术
合成 孑 Ｌ 径 雷达 （ Ｓ ＡＲ） 差 分 干 涉 测 量 技 术
Ｓ （ Ｐ ）一 Ｊ Ｓ （ Ｐ ） ｌ ｅ ｘ ｐ （ －
＾
）
（ １ ）
在地 表发 生 形 变 后 获 取 第 二 幅 Ｓ ＡＲ 影 像 ，
， ＾
（ 重 复轨 道 模 式 ） 。重 复 观 测 所 得 的结 果 是 获 取
＝ 一
地面 同一 景观 的复 影像 对 。在两 次 观 测 期 间 ， 如
果地 表发 生 了地表 形 变 ， 那 么干 涉 测 量所 获得 的 相 位 中除 了地 形 相位 以外 ， 地表 形 变 所 贡 献 的相 位 也会 占据 一 定 比 重 。通 过 消 除 相 位 差 中平 地
价值。
测量又 可分 为 双 轨 法、 三 轨 法 和 四 轨 法 等 形 式口 ］ 。本文 以 “ 三轨 ” 法 为 例 来 说 明合 成 孔 径 雷
达 差 分 干 涉 测 量 的基 本 原 理 。 图 １为 三 轨 法 差 分
干涉测 量 的成像 几何 示意 图 ］ 。
其 中， Ａ 和 Ａ。 是 卫 星两 次 不 同 时 间 对 同一 地 区成 像 时所处 的位 置 ， △ Ｒ 为视 线 向上 的形 变 量， 在 地表 未发 生 形 变 前获 取 第 一 副 Ｓ ＡＲ 影 像 ， 则 由 Ｐ点 返 回的信 号 为
［ 收稿 日期］ ２ ０ １ ３ —０ ８ －０ ２ ［ 作者 简介］ 李小红 （ １ ９ ７ ９ 一 ） ， 女， 汉族 ， 山西 吕梁人 ， 工程师 ， 大学本科 ， 主要研究方 向为工程测量 、 航空摄影数据处理。
D—InSAR技术地表沉降监测概述
图 １ Ｉ Ｓ Ｒ 平面 几何 模型 Ａ ｎ
新技 术Ｉ ，具有全天候 、大 范围、高地 面分辨率和不受大
气 影 响等 优 点ｌ 。Ｄ． Ｓ ２ Ｉ ＡＲ 是 利 用 同 一 地 区 的 两 景 或 多 景 ｎ 重 复观 测 数 据 ，根 据 干 涉 相 位 ，精 密 测 定 地 表 的 微 小 形 变 ， 精度可达厘米甚至毫米级【 ｊ ｌ 。 由 图 １中 的几 何 关 系 可 得 ：
一
等
一（２ 式） １
ｄ ：一 Ｏ
： 一
。 一 ） 。（
点 Ｐ沿 雷 达 视 线 向移 动 Ａ 后 获 取 的 Ｔ涉 相位 为 ： ｒ
： 一
柚
一
且一 △
目标 Ｔ距 离 星 下 点 的高 度 ：
ｈ ＝ Ｈ —Ｐ】 ｏ ０ ｃｓ
则 由视 线 向形 变 引 起 的 相 位 增 量 为
６
论
著
Ｄ Ｓ Ｒ技 术 地 表 沉 降 监 测 概 述 —Ｉ Ａ ｎ
周 荣 顾 爱辉 钱 小娟
（ 江苏省水 文水 资源勘测局 南通分局 ，江苏 南通 ２ ６ ０ ２ ０６）
摘
要 ：传统 的地表沉 降监测技术 ，如全球定位 系统 、精 密水准测量和土工测量等，存 在空间分辨率低 、监 测范围小和 费用
浅析D_InSAR在煤矿开采沉陷监测中的应用
浅析D -I nS AR 在煤矿开采沉陷监测中的应用3李晶晶,郭增长(河南理工大学测绘与国土信息工程学院,河南焦作 454000)摘要:文章通过分析合成孔径雷达差分干涉测量(D -I nS AR )技术在矿区的应用,为矿区开采沉陷监测怕进一步研究和应用提供新的技术方法,从而弥补常规沉陷监测技术的不足,为开采沉陷预计等提供更多数据。
该文分析了国内外合成孔径雷达干涉测量(I nS AR )和D -I nS AR 技术发展及其在矿区地表沉陷监测中的应用成果和存在的问题,提出一些解决方法,并为实现煤矿区开采沉陷实时动监测等提供技术支持。
关键词:差分干涉技术;开采沉陷;矿区监测中图分类号:T D327 文献标识码:B 文章编号:1001-358X (2006)02-0079-03 3河南省创新人才工程项目(编号:2005KYCX013) D -I nS AR 技术是微波遥感的一个重要应用,通过与差分干涉技术相结合,可提供厘米级或更微小的地球表面形变监测,如地震形变、火山运动、大气变化、冰川漂移、地面沉降以及山体滑坡等的监测,其观测精度已经达到厘米甚至毫米级。
另外还具有全天候、全天时、高分辨率和连续空间覆盖特征的特点,能够提供矿区短周期内空间连续曲面的形变信息,可满足沉陷监测要求,弥补地面传统测量离散点的不足,监测成本低;图像的空间分辨率一般在10m 到30m ,可提供矿区高水平和垂直分辨率的三维数字模型;获取一幅图像的时间一般为3到35天,监测周期短,是现有的沉陷监测手段的有益补充。
1 D -I nS AR 测量的基本原理概述D -I nS AR 技术是I nS AR 技术的扩展,相干成像也是雷达干涉测量的出发点,通过在星载或机载的雷达天线(单天线或是双天线),现在一般采用星载系统主动向地面目标发射电磁波,并接收地面目标的后向散射回波,由于两幅天线和观测目标之间的几何关系,同一目标对应的两个回波信号之间产生了相位差,通过图像的联合处理提取相位差图,即干涉图,干涉纹图中包含了斜距向上的地面点与两天线距离差的精确信息,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,基于对干涉图的进一步处理和分析,来提取地表的信息的技术。
基于INSAR技术的沉降监测
基于永久散射体雷达干涉测量技术的沉降监测一、永久散射体雷达干涉测量技术（PSI）简介合成孔径雷达干涉测量(InSAR)是一种使用微波探测目标的成像技术，可将复图像进行相位干涉和差分处理，从中提取地表移动变形信息，从而对地面沉降变形进行监测。
目前，合成孔径雷达差分干涉测量（D-InSAR）技术作为一种重要的地面沉降监测技术，应用已比较广泛，在进行地表形变监测时，理论上能达到mm级精度。
但其受时间、空间去相关以及大气延迟的影响十分严重：时间的去相关主要是指图像分辨单元内物体在图像获得的时间间隔内散射特性发生变化，从而导致所获得的图像对之间失去相关性；几何去相关性主要是指由于成像卫星观测位置不同而导致接收信号时的入射角的不一致，使得物体在图像分辨单元内发生空间变化而导致的去相关性；此外大气的不均匀所产生的大气相位以及不同成像时期大气的不同延时作用也将破坏所获得干涉相位的精确性。
Ferretti等人在2000年提出了一种称为“永久散射体”（Permanent Scatterer）的新技术，它利用从时间序列的SAR图像集中选取那些保持高相关性的点，利用他们的散射特性在长时间上保持的稳定性，获得可靠的相位信息。
因此，永久散射体干涉测量技术（PSI）应运而生，PSI技术的目的是解决D-InSAR中时间、空间的去相关和大气效应等限制测量精度的问题。
与传统方法比较而言，该技术真正实现了生成m级的DEM和mm 级地表形变监测，所获得的永久散射体(PS)可被用作构成一个“天然”的角反射器网，可以高精度地监测城市沉降、滑坡、地震断层和火山地区等地表形变。
同时，由于PS 点不受时间和空间去相关的影响，使可利用的SAR影像突破了已有的时间和空间基线的极限限制，大大增加了SAR影像的可用数量。
二、作业原理PSI技术的基本原理是利用多景（一般要求大于25景）同一地区的SAR影像，通过统计分析所有影像的幅度信息，查找不受时间、空间基线去相关和大气效应影响的永久散射体。
一种联合无人机和DInSAR技术的开采沉陷监测方法[发明专利]
![一种联合无人机和DInSAR技术的开采沉陷监测方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/a17983140a4c2e3f5727a5e9856a561252d321d9.png)
专利名称：一种联合无人机和DInSAR技术的开采沉陷监测方法
专利类型：发明专利
发明人：廉旭刚,张雅飞,刘晓宇,高玉荣,胡海峰,蔡音飞
申请号：CN202111499992.3
申请日：20211209
公开号：CN114199189A
公开日：
20220318
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及开采沉陷监测技术领域，尤其涉及一种联合无人机和DInSAR技术的开采沉陷监测方法，将开采沉陷区的无人机监测结果与DInSAR差分沉降结果进行融合，根据本发明所提出的数据筛选方法，对DInSAR和无人机监测数据进行筛选，使得筛选后的DInSAR监测值用以边缘监测，筛选后的无人机监测值用以沉陷中心主沉陷值。
既利用了无人机数据在沉陷区中心的高精度，又保留了DInSAR差分结果在边缘监测的优越性，弥补了DInSAR手段在大梯度变形的失相干的缺点以及无人机技术在边缘微小变形监测方面的不足。
将两种数据优势进行互补，实现采动沉陷区的高精度监测。
申请人：太原理工大学
地址：030024 山西省太原市迎泽西大街79号
国籍：CN
代理机构：北京市盛峰律师事务所
代理人：于国强
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双轨D-InSAR技术在矿区地表沉陷监测与分析
双轨D-InSAR技术在矿区地表沉陷监测与分析
董娟;柯飞;牛昆;王家乐
【期刊名称】《能源技术与管理》
【年(卷),期】2024(49)1
【摘要】为了能够精确监测矿区地表沉陷,验证D-InSAR技术在矿区地表沉陷监测应用中的可行性,采用D-InSAR技术提取工作面推进93、153、443、809 m时SAR影像沉陷信息,结合现场实地监测试验对宁夏枣泉矿区采动过程中地表沉陷展开了详细分析。
结果表明:卫星监测期间,枣泉矿区出现了4个明显沉陷区域,且地表沉陷中心都滞后于工作面一定距离;D-InSAR技术监测结果与实际监测结果基本一致,说明D-InSAR技术能够有效地监测矿区沉降情况。
研究成果验证了D-InSAR 技术作为面向矿区的地表沉降监测方法的可行性,为矿区的安全开采和绿色发展提供了技术支撑。
【总页数】6页(P1-6)
【作者】董娟;柯飞;牛昆;王家乐
【作者单位】国能神东鄂尔多斯市新能源科技开发有限责任公司;中国矿业大学矿业工程学院;湖南科技大学南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】G642.4
【相关文献】
1.D-InSAR技术在矿区沉陷监测中存在的问题及对策分析
2.基于D-InSAR技术的矿区地表沉陷监测
3.基于D-InSAR监测的黄土矿区地表沉陷特征分析
4.矿区地表沉陷D-InSAR监测分析与应用
5.D-InSAR技术在黄土高原沟壑矿区地表沉陷监测中的应用
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境问题却研究较少 。北海市属于近海式陷落盆地和 海积低 阶地 ，土质 主要为高含水量 的松砂和软 土， 易发生地面沉降。因此 ， 笔者基于 Ａ Ｌ Ｏ Ｓ 卫星数据 ，
在Ｅ Ｎ Ｖ Ｉ Ｓ Ａ Ｒ ｓ ｅ ａ ｐ ｅ 模 块 下 利 用 双 过分 差 分 干 涉 测 量 技术 对 北 海 市 地 面沉 降 的特 征进 行 研 究 ，获 得 北 海
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最 终要 获 取 的沉 降相 位 是 ‘ Ｐ ｌ 啦， ｌ Ｉ ∞瑚 眦，其
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＜＜＜科技 园地
基 于 Ｄ— Ｉ ｎ Ｓ ＡＲ技 术 北 海 市地 面 沉 降监 测 研 究
● 刘鹏 飞 。黄志 强 。向 京 ２ ，张银桥 ，黄
（ １ ． 广西 壮族 自 治 区遥 感 中心 ，广 西 南 宁
庭 ２ 廖振威 ’
４ ３ ０ ０ ７ ４ ）
５ ３ ０ ０ ２ ３ ；２ ． 中 国地质 大学 （ 武 汉 ），湖 北 武汉
１ 研 究 区概 况
北海市地处广西南端 ，中生代断陷盆地 ，北部湾 经济区东北岸，市辖合浦县 、 海城区、银海区、铁山
港 区，位 于东经 １ ０ ８ 。５ ０ ４ ５ ～１ ０ ９ 。４ ７ ２ ８ ， 北纬 ２ ０ 。２ ９ （ ） ０ ～２ １ 。５ ５ ３ ４ 。北 海 市 属 亚
北 、西 北 为丘 陵 ，南 部 沿 海 为 台地 和平 原 ，河 流市
内流 域面 积 ２ ３ ２ ３ ． ６ ｋ ｍ ，多 年平 均流 量 ２ ８ ７ ． ７ ５ ｍ。 ／ ｓ 。
余分 量： 砷。 暑 脚 为 地 形 因 素 引 起 的 相 位 ，
ｃ Ｐ ｒ ￣ ａ ｔ 为 平 地效 应 引起 的相 位 ， ∞妞 Ｉ 为 噪声 相 位 ， ｑ ｏ ｌ ｔ ｍ ｏ ｒ ｐ ￣ｒ ｌ 为 大气 效应 引 起 的相 位 ，差 分 干涉 就是 将 其余 的相 位均 除去 ，剩下 沉 降引起 的相 位 。 二 轨 法差 分 干 涉 测 量 原理 如 图 １ 所 示 ，假 设 地
现地 面形变在北海 市辖 的三区一县均有 ，结合 实地勘察 ，明确北海市地 面沉降的主要 影响 因素为地 下水资源开采。
结果表 明，Ｄ— Ｉ ｎ Ｓ Ａ Ｒ技 术在 北海市地面沉降监测 中的效果显著 ，能较为准确地提取 区域地 面的形 变信 息。
【 关键词 】 地 面沉 降 ；Ｄ— Ｉ ｎ Ｓ Ａ Ｒ； 北 海 市
移动 、地面沉降、滑坡等地质灾害监测 中得到了广
泛 的 应用 。北 海市 作 为北 部 湾 城市 群 中经 济 发 展 的
核心城市 ，所伴随而产生的各种城市地质环境 问题
【 作 者简 介 】刘鹏 飞 （ １ ９ ８ ３ 一），男 ，２ ０ ０ ６年 ６月 毕业 于 中 国地 质大 学 （ 武 汉 ），资源 环境 与城 乡规 划专 业 ，工程 师 ， 主要 从事 遥感 地质 、地质 矿产 、环境 遥 感等 方面 的调 查与 研究 工 作。
宏观上表 现为地面标高降低 ，微观上表现为地层内
部 土 体压 缩 的缓 变 性 地质 现 象 ，它 是 一 种 不 可 补偿 的永 久性 的环 境 和 资 源 损失 ，严重 时会 成 为 一 种地
质灾害。地面沉降已成为城市化发展进程 中普遍存
在 的 地 质 环境 问题 ，对 社 会 经 济 的可 持 续 发 展 有 巨 大 的 影 响 。 目前 ，这 一 问题 已引起 了社 会 及 有 关学
者的广泛关注。国内对地面沉降区域 的研究主要集
中在 长 江 三角 洲 、华 北 平 原 、松 辽 平 原 和 东 南 沿海
平原等经济发达地区，而缺乏对正快速发展中新兴
城 市群 的地 面沉 降 问题 的研究 川 。 合成 孔 径 雷 达 干 涉测 量 及 差分 干涉 测 量 技 术是 近 年来 迅 速 发 展 起 来 的一 种 空 间 对 地 观测 技 术 ，可
［ 摘 要】 城 市地 面沉降监 测对城 市的安全与发展具有重要的 意义。差 分雷达干涉测量技 术作 为合 成孔 径雷达卫 星应用 的拓展 ，具有全天候 、大范 围、快速获取 高精度地表形 变信 息的优势 ，在城 市地面沉降监测 中得到广泛应用。 文章基 于双轨法 Ｄ— Ｉ ｎ ｓ Ａ Ｒ技 术对 北海市地 面沉 降进行 详细监 测与分析 ，获取 了北海地 区的地表 形变信息 。研 究发
市地面沉降的信息和分布状况以及特点 ，以期对该
市 的可 持 续 发 展 和环 境 规 划 的制 定 及 广 西北 部 湾 经 济 区的规 划提 供决 策依 据 。
全天候 、 大范围、 快速获 境科 学 等诸 多 领 域 ，如 地 震 、冰川
［ 基金 项 目 】 广西 壮族 自治 区科学 技术 厅科 技 攻关 项 目 （ １ ０ １ ２ ３ ０ ０ ９ — ６） —— 北 部湾 经 济 区城市 （ 北 海 为例 ） 盆地 地 面
沉 降雷达 监 测研 究
２ ｏ １ ５ ｌ Ｏ 南 方国 土 资 源３ ５
Ｔ Ｓ探索
热带海 泽 ｌ 生 季 风气候 ，冬无 严寒 ，夏无酷 暑 。年 平均 气温 ２ ２ ． ９ ￣ Ｃ， 极端最 高温度 ３ ７ ． １ ℃， 极端 最低温度 ２ ℃。 年平均 降雨量 １ ６ ７ ０ ｍ ｍ，年平均 日照时数 ２ ０ ０ ９ ｈ ，年
地 面沉 降是 自然 和人 为 因素 共 同作 用 的结 果 ，
比较突出。 《 北海市地质灾害调查与区划报告 》 和《 合 浦县地质灾害调查报告 》 中研究 了北海市海水入侵 、 滑坡 、 地面塌陷 、 地裂缝及崩塌等五类地质环境问题 ，
而对于 ２ ０ 世纪９ ０年代 出现 的地 面 沉 降这 一 地 质 环