变形监测读书报告

在地表形变监测中的应用探讨摘要:利用InSAR技术监测地表形变,是目前国际上遥感领域发展较前沿的研究课利用星载雷达进行差分干涉测量（InSAR）来监测地面地表形变，是目前国际上如地震形变、地面沉降、火山运动、冰川漂移以及山体滑坡等。但雷达干涉测量技术受到多种条件的制约,例如基线几何去相关导致很多图像不能用于干涉测量、大气折射使得很多干涉图受到影响,有时,这些误差会严重污染形变信息,使得形变监测变得困难和不准确。意大利人Ferretti在研究同一地区的多幅干涉图时发现,在城市和岩石裸露的干燥地区存在大量稳定且亮度很高的反射点，称为永久散射体（PermanentScatterers,PS）由于这些反射点（一般而言小于一个像元）保持着良好的相位信息和幅度信息,可以通过监测这些离散点相位的变化来获取形变信息,这种方法很好地克服了时间去相干和大气信号对地表形变提取的原理和数据处理的关键技术,通过对国内外试验研究分析,证明即使周围地区的相关性不好,甚至生成单个干涉图时没有明显条纹,在PS上也能得到可靠的的数字高程2InSAR技术监测地表形变存在的问题InSAR技术的核心是利用相位观测值获取目标的几何特征及变化信息。干涉纹图中任一像元的相位表示的是雷达与该像元间距离的变化和该目标的散射相位变化之和。若两次观测期间散射相位保持稳定,则干涉相位反映的是两次观测期间目标与雷达间距离的变化,其中包含地形信息,地表形变以及大气活动引起的相位延迟。因此,可以根据各分量对干涉相位“贡献”的大小,分别解算出地形信息、两次观测期涉相位对微小形变极其敏感,毫米级的形变在干涉相位中都会有所反映。因而,利用重复轨道观测获取的干涉相位,通过差分处理去除两次观测相位中的共有量(平地效应、地形相位和大气延迟等),可以得到形变相位,进而反算形变量。这就是差分干涉言,一个重要的前提是存在相干性,即两景影像信号的相似性或相关性。准确获取干涉目标时空间基线过长,则雷达观测视线张角增大,引起雷达回波信号数据谱和目标谱受临界基线的限制,只有部分垂直基线小于临界基线的干涉像对才可以进行干涉处理。与空间失相干相比,时间失相干主要是由于重复观测期间目标散射特性变化,使得两次观测获取同一区域内信号不相干,如同一观测区域内地物类型的变化,植被生长因素影响等。雷达目标的非相干移动是指由于目标变化强度过大而空间范围较小,受两次观测时刻大气波动影响,特别是对流层湿度和温度的变化,产生不同的相位延迟,在相位图上表现出延迟量的非均一性。对于大尺度微小形变监测而言,这种非均一的相位延迟量作为误差引入到形变相位中,影响了InSAR测量的精度。大气的成份随时间和空间的变化而变化,其变化特征在时间域呈高频,在空间域则相对较分析上述两个问题可知:准确获取形变相位需要解决两个主要问题,即:(1)低相干性条件下相位解缠;(2)差分相位中形变相位与大气延迟相位的分离。前者在于利用少量相干目标的干涉相位来恢复真实相位,需要解决的是离散目标的相位解缠,以此反演地表变化,而后者则是研究从干涉相位或者差分相位中抑制或者分离出大PS技术的核心思想是对永久散射体干涉相位进行时间序列分析,根据各相位分量的时空特征,估算大气波动,数字高程模型（DigitalElevDEM）误差以及噪声等[6],将其从差分干涉相位中逐个分离,最终获取PS方法处理,获取的年度形变率的精度可以达到毫米级性的相干点目标，构成离散点观测网络（较之常规的变形监测网密度更高通过基线对相干性的影响,即使在临界基线的条件下,仍然可以通过分析PS差分干涉相位的变化反演形变信息。但该方法往往需要反映地表形变特征的先验模型,如保持稳定移动速率的地表移动的现象。该方法的优点是能一次性地获取中尺度（约2000km2）范围内的地表形变信息。由于非线性形变可以用线性形变模型来模拟,因而一些非线性形变也可以通过线性形变测量得到。若观测对象表现出明显的非线性特征,并且形变量变化大,则在PS点目标覆盖的范围内出现了续（空间和时间上的）的原因是由于形变本身超出了所采种情况下,若利用基于线性模型估算的形变速率来反演一定时间内的形变量,则必将与实际情况相差较大。可以通过两种方法来弥补线性模型模拟非线性形变的不足,一种是采用非线性形变模型,另外一种是将长时间间隔分解为数个短时间段,利用函数模型模拟各个时间段内的形变量,进而求解非线性量量,但随着处理技术的进步,处理时间将逐步缩小,处理的范围也可以进一步扩大。影像配准就是计算参考影像到待配准影像的影像坐标映射关系,再利用这个关系对待配准影像实行坐标变换、影像插值和重采样,影像配准的精度要求达到地布设了一些角反射器,那么我们就可以用角反射器的精确位置来进行图像的配准和素;如果分析的结果表明主图像的相位受大气影响很大,则应该选取其他图像作为主图图以及重采样后的从图像等。在生成干涉图的同时,还应该去掉平地效应引起的相出来。通常用设定相关阈值来判断PS点，如果某一目标的相关的阈值,我们就认为它是一个P点。但是由于干涉图的基线偏差化没有得到消除的话,相关值大小往往会被低估,因此有必要采用200~300m范围内在去掉平地相位和地形相位之后,剩余的相位成份包括形变相位、大气相位滑坡［9］,该地区受到时间去相关的严重影响,用传统的InSAR技术效果甚微。这个城市收集到的所有34幅欧洲遥感卫星（ERS）雷达图像全部被利用，时间跨越超大大提高了，达到0.5m,而且，地表形变速度场也与地面真实情况相符［10］。表明PS技术在监测形变中有明显的优势,而且即使是最好的差分干涉情况（比如,其适合大面积低成本的监测,协调使用这三种技术能更好地改善地面形变测量的质量合作的“龙计划”,在三峡库区安装了角反射器,用于监测三峡地区泥石流、滑坡等虽然一时还无法得到最终结果,但该方法已显示出强大的生命力［14］。势,并对其所存在的失相关、大气影响、基线估计等问题进行了很好的解决,利用那些经历长时间间隔仍保持高相干性的单个像元的相位信息,将研究区所有可能得到的SAR影像充分利用起来,避免数据在时间上存在空隙,不仅可以监测毫米级地形形变,而且达到对整个区域面的连续监测,为精确研究地表形变提供了强有力的并且对数据的要求较高,这使得该方法的应用面和实时性有所局限。但是随着SAR数据的不断增加和更多的SAR卫星上天,数据资源越来越丰富,空间分辨率和重访周期也不断提高,PSInSAR的应用有用,既可作为影像配准的控制点,又能提供高度可靠的相位信息,将会进一步提高PS参考文献[1]李德仁，周月琴，马洪超卫星雷达干涉测量原理与应用[J].测绘科学，2000,25(1):9-12.[2]陈基伟.GPS-InSAR合成方法进行地面沉降研究与展望[J].遥感信息,2003,(4):48-50.[3]何敏,何秀凤.合成孔径雷达干涉测量技术及其在形变灾害监测中的应用J].水电自动[4]单新建，马瑾，王长林，等.利用差分干涉雷达测量技术(D-InS[5]龚利霞.InSAR技术及其在地面沉降中的应用[D].北京:中国地震局地壳应力研究所，2005.[6]单新建，宋晓宇，柳稼航，等.星载InSAR技术在不同地形地貌区域的DEM提取及其应用评价[J].科学通报，2001,46(24):2074-20791.[7]周建民,何秀凤.SAR差分干涉测量技术及其在地表形变监测中应用现状J].河海大学学[8]游新兆,李澍荪，杨少敏，等.长江三峡工程库首区In-SAR测量的初步研究J].地壳形变与[9]独知行，阳凡林，刘国林，等.GPS与InSAR数据融合在矿山开采沉陷形变监测[J].测绘科学,2007,32(1):55-57.[10]范青松，汤翠莲，陈于，等.GPS与InSAR技术在滑坡监测中的应用研究