DB41-T 2290-2022 地面沉降干涉雷达监测规范

ICS07.040CCSA7741IDB41/T2290—2022前言 12规范性引用文件 13术语和定义 14缩略语 25基本要求 26设计书编写 37监测数据选取与处理 38精度评估 59野外调查与分析 6 7附录A（资料性）地面沉降干涉雷达监测工作流程 9附录B（资料性）现有可用主要星载SAR传感器基本参数 附录C（资料性）InSAR技术方法及适用条件 附录D（规范性）InSAR地面沉降野外调查记录表样式 附录E（资料性）地面沉降干涉雷达监测报告提纲格式 DB41/T2290—2022本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件由河南省自然资源标准化技术委员会提出并归口。本文件起草单位：河南省自然资源监测院、河南省航空物探遥感中心、河南省地质矿产勘查开发局测绘地理信息院。本文件主要起草人：王继华、叶杰、王战卫、刘科伟、徐郅杰、关健、张斌、李文香、张青锁、安黎明、李华、张旭、张婧、李涛、褚加计、董伟、郭凌飞、齐庆超、潘登、朱洪生、兰进京、李屹田、莫德国、田君慧、郑凯、潘小雨、郭大伟、高彦涛。DB41/T2290—20221地面沉降干涉雷达监测规范本文件规定了地面沉降干涉雷达监测的基本要求、设计书编写、监测数据选取与处理、精度评估、野外调查与分析、成果整理等要求。本文件适用于地面沉降干涉雷达监测。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T24356—2009测绘成果质量检查与验收DZ/T0154—2020地面沉降测量规范DD2014-11地面沉降干涉雷达数据处理技术规程3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1地面沉降因自然或人类活动引发岩土层下沉所导致的地面高程降低的地质现象，包括在其发育过程中伴生的地裂缝现象。3.2地裂缝地表岩层、土体在自然因素或人为因素作用下，产生开裂，并在地面形成一定长度和宽度裂缝的一种宏观地表破坏现象。[来源：DZ/T0154—2020，定义3.1.3]3.3合成孔经雷达干涉测量利用雷达成像传感器获取被测对象具有相干性的复数图像信息，由干涉相位反演地形信息或者高精度形变信息的理论和技术。3.4合成孔经雷达差分干涉测量对合成孔径雷达复数图像进行差分干涉处理，从而获取地面形变信息的干涉测量方法。3.5永久散射体合成孔经雷达干涉测量利用时间序列SAR复数影像集，提取保持高相干的永久散射体点进行形变速率反演的干涉测量方法。DB41/T2290—202223.6小基线集合成孔经雷达干涉测量利用时间序列SAR复数影像集，通过选取时间和空间基线均小于给定阈值的干涉像对，干涉处理得到多个差分干涉图集并获取时序相干目标形变信息的干涉测量方法。4缩略语下列缩略语适用于本文件。CGCS2000：2000国家大地坐标系(ChinaGeodeticCoordinateSystem2000)DEM：数字高程模型(DigitalElevationModel)LOS：视线向(LineofSight)PS：永久散射体(PersistentScatterer)SAR：合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar)InSAR：合成孔径雷达干涉测量(InterferometricSyntheticApertureRadar)D-InSAR：差分合成孔径雷达干涉测量（DifferentialInSAR）PS-InSAR：永久散射体合成孔径雷达干涉测量(PersistentScattererInSAR)SBAS-InSAR：小基线集合成孔径雷达干涉测量(SmallBaselineSubsetsInSAR)5基本要求5.1监测范围应在充分收集基础资料和分析区域地质背景的基础上，依据区域地质环境条件、地震活动特征、地下流体开发利用现状与规划、人类工程活动及社会经济发展重要程度等综合因素确定。5.2应根据工作区域沉降特点和任务要求，选择适宜于地面沉降监测的SAR数据和InSAR处理方法。5.3利用InSAR技术开展地面沉降监测的作业流程包括：技术设计、数据获取、数据处理、精度评估、野外调查、成果分析、汇交归档及各环节的质量控制等，具体流程见附录A。5.4地面沉降InSAR监测工作完成后，应生成沉降速率图，并编制沉降监测成果报告。5.5地面沉降InSAR监测结果宜与时空一致的水准监测数据进行对比，以评估InSAR监测精度。5.6在工作区已知存在或可能存在典型地面沉降现象的区域，宜在相干保持能力较强的位置上部署与InSAR数据成像时间匹配的精密水准测量工作。5.7在条件许可时，测量点位应均匀分布整个工作区内；若受限于实际情况，可在工作区内选择自然条件有代表性、不少于工作区面积十分之一的局部地区，布设精密水准点。5.8应开展地面沉降现象的实地调查和走访。5.9地面沉降InSAR调查可按照国家地图标准分幅或自由分幅覆盖范围实施。5.10地面沉降InSAR调查成果应采用2000国家大地坐标系，1985国家高程基准，比例尺应符合下列a)区域性地面沉降监测，比例尺应采用1∶250000，InSAR成果应采用分辨率优于25m的SAR数据；应收集比例尺不小于1∶250000、现势性强的基础地理信息数据；辨率优于5m的SAR数据；应收集比例尺不小于1∶50000、现势性强的基础地理信息数据。DB41/T2290—202236设计书编写6.1开展地面沉降lnSAR监测之前，应根据任务需求编制技术设计书。6.2技术设计书主要包括以下内容：a)任务来源及目的、意义；b)交通位置、自然地理、地质背景及气候；c)技术设计的依据；d)SAR数据选择；e)数据处理方法及主要技术要求；f)精度要求与质量控制措施；g)监测结果验证方式和方法；h)地面沉降区域发展趋势分析；i)人员组成、任务分工及工作进度安排；j)预期提交成果；k)成果资料检查验收方案；l)监测工作部署图；m)经费预算。6.3在编制技术设计书之前，应收集工作区下列资料：a)已有地形地貌、气象水文、基础地质、水文地质、工程地质以及地震地质等背景资料；b)现势性强的国家等级水准点及经水准测量的GNSS控制点和数字高程模型（DEM）等基础地理信息数据；c)已有地面沉降直接相关的研究报告、图件、文字资料、数据表格等资料；d)地下资源开采、区域发展规划、重大工程分布与规划等方面信息；e)存档及可编程SAR数据信息；f)在轨SAR数据参数、在轨状况和编程定制规则信息；g)光学遥感影像、卫星轨道数据等辅助数据资料。6.4系统分析整理已经收集的地质背景资料，掌握工作区区域地质环境条件和地面沉降、地裂缝发育的地质特征。6.5地质背景分析应考虑地面沉降的时空发育特征、发育阶段、发生的时间段、形变梯度、地形、植被、气候、水文、岩性和产状、地震和活动构造以及人类工程活动等因素。6.6分析地面沉降形成条件和SAR图像特点，为InSAR监测数据选取、处理方法、参数确定和监测结果分析提供参考依据。6.7提交审查的设计书应附工作部署图、地面沉降发育背景图等资料。7监测数据选取与处理7.1数据选取7.1.1SAR数据选取基本原则7.1.1.1应根据监测对象特点，结合工作区SAR数据接收情况，获取存档和编程定制工作周期内的SAR数据，现有可用主要星载SAR传感器基本参数详见附录B。DB41/T2290—202247.1.1.2编程数据，在满足监测设计的周期基础上，成像时间上应尽可能避免地面自然状况及气象条件变化所带来的去相干影响。7.1.1.3SAR数据成像模式、极化方式和视角均应相同。7.1.1.4同轨数据如果按照单景定制，同期相邻两景影像重叠度应超过15%影像长度，跨轨数据相邻两景影像间重叠度应超过15%影像幅宽。7.1.1.5其它SAR数据选取要求按DD2014-11中6.1.1的规定。7.1.2辅助数据选择7.1.2.1辅助数据主要包括InSAR数据处理所需要的DEM、成果底图、SAR卫星轨道数据等。7.1.2.2DEM数据应满足以下要求：a)DEM数据的现势性宜与SAR数据时相接近；b)选用的DEM比例尺应不低于InSAR监测成果比例尺；c)DEM数据与SAR数据在空间上应保持一致。7.1.2.3可选用SAR强度图、光学遥感影像、地形图、DEM晕渲图等作为成果底图数据。7.1.2.4应选用时空一致和空间分布均匀的国家等级水准数据作为InSAR成果精度的验证数据。7.2方法选择7.2.1地面沉降干涉雷达监测应采用PS-InSAR、SBAS-InSAR或多种方法联合使用，不同技术方法及适用条件可参照附录C。7.2.2PS-InSAR、SBAS-InSAR数据处理的基本流程按DD2014-11中7.3、7.4的规定。7.3沉降速率基准修正地理编码后点目标的沉降速率应利用地面水准高精度控制点数据修正基准，具体步骤应符合下列规a)以同期地面测量结果作为基准参考，将InSAR测量的LOS沉降量转换到垂直方向，在临近点上计算点目标沉降量与实测量之间差值的平均值，即与实测沉降量之间存在的整体偏差值；b)将上一步得到的整体偏差值加入每个点目标的沉降值，修正因参考点不统一产生的InSAR结果沉降量的整体偏差，完成基准修正。7.4不同子像幅间InSAR结果拼接7.4.1基准子像幅的选择在工作区整个像幅内，宜选靠近区域中心部位的子像幅为基准，对各个子像幅的InSAR结果实施拼接。7.4.2不同子像幅InSAR结果拼接7.4.2.1确定基准子像幅与相邻子像幅之间共有区域的相干目标，检查共有相干目标在两个子像幅中沉降速率的一致性。若95%以上共有相干目标的形变速率偏差小于5mm，则不对相邻子像幅的相干目标沉降速率做改动。否则需采用直方图配准的方法对相邻子像幅内相干目标的沉降速率进行整体偏差补偿，达到95%以上共有相干目标的沉降速率偏差小于5mm的要求。7.4.2.2对共有相干目标在两个子像幅中的沉降速率做加权平均，得到拼接后的共有相干目标沉降速率。加权平均时，应以重叠区的两条边界线及沿线带方向上的中线为基准。在两条边界线上，两个子像DB41/T2290—20225幅所得沉降速率的权重分别取最大值1和最小值0；在中线上两个子像幅所得沉降速率的权重值相同，均为0.5；在重叠区其他区域，两种沉降速率分别按共有相干目标至边界线的距离确定权重。7.4.2.3从与基准子像幅相邻的子像幅向距离基准子像幅更远的子像幅扩展拼接时，重复7.4.2.1和7.4.2.2步骤的数据处理方法。7.4.3不同子像幅InSAR形变序列拼接7.4.3.1基准子像幅选择，参照7.4.1。7.4.3.2在InSAR监测结果拼接完成后，应用各个子像幅（尤其是与基准子像幅重叠区）中调整后的形变速率，对相应的形变序列予以更新。8精度评估8.1内符合评估在一定假设条件下对独立InSAR数据解算的结果进行内符合精度的评定，如覆盖同一区域的不同轨道SAR数据结果，或者不同SAR卫星解算的结果。数据处理结果精度的内符合评估宜采取以下方式：a)沉降量或沉降速率直方图；b)空间分布状态；c)空间离群值查找；d)半变异函数/协方差分析；e)沉降年均速率中误差的大小；f)将不同SAR数据、不同处理方法的结果投影到同一方向进行交叉检验。8.2外符合评估8.2.1评估内容8.2.1.1评估InSAR地面沉降测量成果精度的方法宜采用最邻近法等，评估的方法主要通过水准测量结果与SAR垂直方向结果比较，评估的主要参数有相关系数和中误差。8.2.1.2精度评估所采用的数据、评估方法、评估指标、评估结论应写入精度评估报告，并编入成果报告中。8.2.2评估方法8.2.2.1相干目标稀少区域在相干目标稀少的地区，应通过空间插值相干目标点拟合成面，提取水准点位置对应的相干目标拟合面的位置，分别提取水准和相干目标的沉降值，组成一组精度验证数据，收集工作区所有验证数据组后，进行精度验证和相关性分析。8.2.2.2相干目标密集区域在相干目标密集的地区，宜采用最邻近点法搜索水准点数据附近最邻近相干目标点，组成验证数据组，进行精度验证和相关性分析。其搜索范围宜在80m以内。8.2.3评估指标DB41/T2290—202268.2.3.1中误差通过水准测量结果与InSAR垂直方向结果比较，按公式（1）、公式（2）和公式（3）进行评估。2dIi——样本点i对应的InSAR垂直向形变量；VIi——样本点i对应的InSAR雷达LOS形变量；n——样本数；dLi——样本点i对应的水准观测量；σ——中误差。8.2.3.2相关系数利用相关系数检验InSAR与水准测量结果的相关程度。相关系数ρ的计算按公式（4）。8.2.4精度要求8.2.4.1中误差按以下规定：a)PS-InSAR成果的中误差值应满足毫米级精度要求；b)SBAS-InSAR成果的中误差值应满足厘米级精度要求；c)如果验证结果不符合步骤a）中要求，应根据7.2，调整所选择的方法，检查数据处理质量，再次进行数据处理。8.2.4.2相关系数按以下规定：a)相关系数大于0.7时，评估结论：InSAR成果精度可靠，数据可信；b)相关系数小于0.7时，应重新选择方法（见7.2），检查数据处理质量，评估结论：InSAR成果不可靠。9野外调查与分析9.1资料准备野外调查应准备下列资料：a)工作区InSAR地面沉降速率图；b)工作区InSAR地面沉降等值线图；c)野外调查路线设计图；DB41/T2290—20227d)工作区光学遥感影像图。9.2调查内容9.2.1调查与地面沉降相关的地质灾害类型（如地面塌陷、地裂缝等）、分布、状态和发育情况等。9.2.2查明地面沉降的发育特征，以发现内业提取沉降信息可能存在的遗漏。9.2.3根据地面沉降量突变和InSAR干涉失相干识别地裂缝空间展布。9.3调查方法9.3.1采用点、线、面相结合的方法进行走访调查。9.3.2调查路线应重点布置在地面沉降InSAR监测结果分布较为集中地段、不能确定地段、可能存在重大地面沉降隐患地段。9.3.3选择典型地段进行初步调查，依据调查情况，总结经验，改进方法，进而开展整个工作区的调9.3.4调查工作区地裂缝发育长度、宽度、深度、走向、倾向、倾角、影响带宽度等，对已引起房屋、道路等建（构）筑物破坏的典型地面沉降区域，采用摄像或拍照的方式，作为对照、说明地面沉降及伴生地裂缝特征的依据。9.3.5野外查证时应填写InSAR地面沉降野外调查记录表（附录D），不应遗漏主要调查要素。9.4综合分析9.4.1野外走访调查结束后，应及时进行野外资料整理，根据调查情况，进一步完善InSAR成果，使InSAR监测成果尽可能完整、客观、全面、准确地反映工作区内的地面沉降状况。9.4.2在InSAR成果、野外走访调查的基础上，对工作区地面沉降的规模及展布进行分析，总结地面沉降空间分布特征。9.4.3根据地面沉降的位置、规模、影响因素、工程地质和水文地质条件等综合判定，总结工作区地面沉降的发育特征和分布规律。9.4.4进行地面沉降发展变化的动态时序分析，检验与季节、降水和地面活动的相关性。9.4.5分析地面沉降与地质背景和人类活动的关系，探讨地面沉降形成的主要诱因。9.4.6揭示区域地面沉降发育特征，预测发展趋势。10成果整理10.1资料数据入库资料数据库的内容包括工作设计书、SAR原始数据、轨道数据、地面沉降速率图、地面沉降等值线图、沉降中心沉降量统计表、沉降面积统计表、调查记录表、成果报告等。10.2成果报告编制地面沉降干涉雷达监测报告内容及提纲参考附录E。10.3成果图件编制10.3.1提交的成果图应包括区域沉降速率图、沉降速率等值线图、沉降时间序列图、重点目标时序曲线图和沉降速率剖面图等。DB41/T2290—2022810.3.2制图要求按DD2014-11中10.2.3的规定。10.3.3制图坐标系和比例尺见5.10。10.4质量控制10.4.1质量控制应贯穿地面沉降InSAR监测工作全过程，包括设计审查、数据选取、数据处理、精度评估、野外调查及成果分析等。10.4.2成果检查方法按GB/T24356—2009的规定。10.5成果提交10.5.1地面沉降InSAR监测工作完成后，应及时将相关成果和资料提交主管部门验收。10.5.2提交成果资料应包括技术设计书、技术成果报告、成果图件、质量控制文件和图件、监测利用的原始资料等，包括纸质和电子光盘（或硬盘）两种形式。10.5.3提交报告，包括地面沉降InSAR监测工作设计书和报告，报告附地面沉降量统计表和地面沉降野外调查记录表。10.5.4提交InSAR监测釆用的原始数据，包括SAR原始数据、地形数据、光学遥感数据、轨道数据、地面监测数据，其中除SAR原始数据外，其他数据均是项目实际需要所配备的可选数据。DB41/T2290—20229地面沉降干涉雷达监测工作流程地面沉降干涉雷达监测工作流程见图A.1。技技术设计数据选取数据处理精度评估野外调查成果分析汇交归档资料收集与整理设计书编写SAR数据选择辅助数据选择方法选择PS-InSAR/SBAS-InSAR数据处理评估内容质质量控制检查内容评估方法和要求检查内容检查方法和要求野外实地调查检查方法和要求成果完善监测结果综合分析报告及相关图件编制成果报告汇交归档相关图件汇交归档图A.1地面沉降干涉雷达监测工作流程9DB41/T2290—2022现有可用主要星载SAR传感器基本参数现有可用主要星载SAR传感器基本参数见表B