2024 基于InSAR技术的地壳形变监测规范

GB/T44146—2024

目次

前言

…………………………Ⅲ

引言

…………………………Ⅳ

范围

1………………………1

规范性引用文件

2…………………………1

术语定义和缩略语

3、………………………1

术语和定义

3.1…………………………1

缩略语

3.2………………3

基本要求

4…………………4

总体流程

5…………………4

资料与数据准备

6…………………………5

基础资料收集

6.1………………………5

数据获取

6.2SAR………………………5

形变起始参考点选择

7……………………6

数据处理

8InSAR…………………………6

处理方法选择

8.1………………………6

数据处理

8.2D-InSAR…………………7

数据处理

8.3PS-InSAR………………11

数据处理

8.4SBAS-InSAR……………12

质量保障

9…………………14

质量检查

9.1……………14

真实性检验

9.2…………………………15

成果编制

10………………16

数据成果

10.1…………………………16

图件成果

10.2…………………………16

文档成果

10.3…………………………16

附录资料性常用星载数据格式及参数列表

A()SAR………………17

附录资料性典型形变场的特征及处理方法

B()………21

附录资料性不同波段数据的地壳形变监测精度

C()SARInSAR…………………22

附录资料性误差类型与误差校正

D()…………………23

附录资料性地壳形变监测结果的对比验证方法

E()InSAR…………24

附录资料性成果图示例

F()……………25

附录资料性地壳形变模型反演方法

G()………………27

参考文献

……………………28

Ⅰ

GB/T44146—2024

前言

本文件按照标准化工作导则第部分标准化文件的结构和起草规则的规定

GB/T1.1—2020《1:》

起草

。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利本文件的发布机构不承担识别专利的责任

。。

本文件由中国科学院提出

。

本文件由全国遥感技术标准化技术委员会归口

(SAC/TC327)。

本文件起草单位应急管理部国家自然灾害防治研究院北京大学长安大学中国地震局地质研究

:、、、

所中国科学院空天信息创新研究院武汉大学中南大学中国自然资源航空物探遥感中心首都师范

、、、、、

大学中山大学同济大学深圳大学中国地震局第一监测中心中国科学院深圳先进技术研究院自然

、、、、、、

资源部卫星遥感应用中心湖北省地震局北京市地震局天津市地震局

、、、。

本文件主要起草人张景发曾琪明李振洪单新建王超刘照言廖明生李志伟葛大庆

:、、、、、、、、、

常占强李永生田云锋罗毅冯万鹏姜文亮李强王新鸿梁存任王腾胡俊常玲张磊汪驰升

、、、、、、、、、、、、、、

张庆云刘斌张磊孙鹭怡李涛乔学军胡乐银屈春燕龚丽霞田甜朱武申文豪

、、、、、、、、、、、。

Ⅲ

GB/T44146—2024

引言

近年来国内外星载合成孔径雷达数据资源逐渐丰富合成孔径雷达干涉测量技术

,(SAR),(InSAR)

发展迅速应用领域越来越广特别是在地壳形变测量工作中发挥着越来越重要的作用目前

,,。,SAR

数据来源多样技术策略各有侧重处理流程复杂不同处理软件要求也存在一定差

,InSAR、,InSAR

异且技术应用人员专业背景和知识水平不尽相同因此把现阶段业已成熟的经验总结出

,InSAR。,

来从处理各环节上进行规范以保证处理成果质量并提高规范性与工作效率既必要

,InSAR,InSAR,

也切实可行

。

Ⅳ

GB/T44146—2024

基于InSAR技术的地壳形变监测规范

1范围

本文件规定了基于技术的地壳形变监测的基本要求总体流程资料与数据准备形变起始

InSAR、、、

参考点选择数据处理质量保障和成果编制

、InSAR、。

本文件适用于基于星载数据开展的地壳形变监测利用星载数据开展的其他地表固体

SAR。SAR

形变监测参照使用

。

2规范性引用文件

本文件没有规范性引用文件

。

3术语定义和缩略语

、

31术语和定义

.

下列术语和定义适用于本文件

。

311

..

地壳形变crustaldeformation

在地球内力与外力的作用下地壳几何形态产生的变化

,。

来源

[:GB/T18207.2—2005,4.4.1]

312

..

同震形变coseismicdeformation

发震断层在地表造成的永久静态位移

。

313

..

震间形变interseismicdeformation

同一地域内两次大震之间产生的地壳形变

。

注震间形变持续时间可达数十年数百年甚至千年

:、。

314

..

合成孔径雷达syntheticapertureradarSAR

;

利用雷达与目标的相对运动把尺寸较小真实天线孔径用信号处理方法合成为一个较大等效天线

,

孔径的成像雷达

。

来源

[:CH/T3009—2012,3.1]

315

..

单视复数图像single-lookcompleximageSLC

;

未作多视处理的复数形式的图像

SAR。

来源

[:GB/T32874—2016,3.1.8]

316

..

视线向lineofsightLOS

;

雷达天线相位中心指向地面目标的方向

。

1

GB/T44146—2024

317

..

主图像primaryimage

在两幅单视复数图像进行干涉处理时作为配准参照的图像

,。

318

..

辅图像secondaryimage

在两幅单视复数图像进行干涉处理时参照主图像进行配准的图像

,。

319

..

空间基线spatialbaseline

对同一目标进行两次成像时雷达天线相位中心间的空间连线向量

SAR,。

3110

..

垂直基线perpendicularbaseline

空间基线在垂直于主图像视线向的投影分量

。

3111

..

时间基线temporalbaseline

两幅图像获取的时间间隔

SAR。

3112

..

临界空间基线criticalspatialbaseline

在无其他失相干因素影响下使地面散射体的两次观测回波信号之间相干性降为零的空间垂

,SAR

直基线长度

。

3113

..

临界时间基线criticaltemporalbaseline

在无其他失相干因素影响下使地面散射体的两次观测回波信号之间保持相干性的最长时间

,SAR

间隔

。

3114

..

复图像配准compleximageco-registration

对同一地区不同时相所获得的雷达复图像经几何变换使其同名点在空间位置对应同一地面目标

,

的处理方法

。

来源有修改

[:CH/T6006—2018,3.1.10,]

3115

..

合成孔径雷达干涉测量interferometricsyntheticapertureradarInSAR

;

利用两幅经配准的复图像共轭相乘得到的干涉相位以获取图像覆盖区域地面高程或地表形

SAR

变信息的一种空间对地观测技术

。

3116

..

干涉图interferogram

干涉相位的二维分布图

。

注一般表现为条纹状

:。

来源有修改

[:GB/T32874—2016,3.1.12,]

3117

..

相干系数coherencecoefficient

取值为两幅复图像配准区域中对应像素的相位相关系数用于衡量两幅复图像对应像

SAR,SAR

素的相位相关程度和干涉图的质量

。

注其值域为

:[0,1]。

来源有修改

[:GB/T32874—2016,3.1.10,]

2

GB/T44146—2024

3118

..

失相干decorrelation

由于空间基线时间基线热噪声多普勒中心频率漂移以及地面散射特性的改变等导致的相干性

、、、

降低的现象

。

3119

..

平地相位earth-flatteningphase

因视线向距离的变化而在地球参考椭球面上产生的干涉相位

SAR。

来源有修改

[:GB/T32874—2016,3.1.13,]

3120

..

相位解缠phaseunwrapping

将干涉相位由主值模为恢复为全值的过程

(2π)。

来源有修改

[:GB/T32874—2016,3.1.14,]

3121

..

合成孔径雷达差分干涉测量differentialinterferometricsyntheticapertureradarD-InSAR

;

对覆盖同一地区的两期及以上图像进行干涉处理得到图像间同名像元点的的相位差并联

SAR,,

合外部等参考数据去除地形平地相位贡献以得到卫星雷达视线方向上距离变化信息的一种

DEM、,

处理方法

InSAR。

3122

..

合成孔径雷达时序干涉测量timeseriesInSARTS-InSAR

;

同一颗或编队卫星对同一地区以相同的成像模式入射角和极化方式获取的多次重复观测

SAR、

图像序列进行干涉处理通过时序分析估计并削弱轨道误差地形数据误差大气延迟等影

SAR,,,、、

响以得到长时序地表形变信息的一种处理方法

,InSAR。

3123

..

永久散射体合成孔径雷达干涉测量persistentscattererInSARPS-InSAR

;

通过对在较长时间基线和较大空间基线甚至超过临界空间基线情况下仍保持较高相干性的点目

,,

标进行干涉处理通过时序分析估计并削弱轨道误差地形数据误差大气延迟等影响以得到长时序

,,、、,

地表形变信息的一种处理方法

InSAR。

3124

..

小基线集合成孔径雷达干涉测量smallbaselinesubsetInSARSBAS-InSAR

;

对同一空间范围的长时序图像集设定较短时空基线阈值以确保干涉图的相干性形成一

SAR,,

组多组干涉对集利用最小二乘或奇异值分解开展时序分析估计并削弱轨道误差地形数据误差大

/,,、、

气延迟等影响以得到长时序地表形变信息的一种处理方法

,InSAR。

3125

..

地壳时序形变图timeseriescrustaldeformationmap

利用方法获取的地壳形变信息制作的体现地壳形变与时间关联性的序列图组

TS-InSAR。

32缩略语

.

下列缩略语适用于本文件

。

数字高程模型

DEM:(digitalelevationmodel)

合成孔径雷达差分干涉测量

D-InSAR:(differentialinterferometricsyntheticapertureradar)

全球导航卫星系统

GNSS:(globalnavigationsatellitesystem)

合成孔径雷达干涉测量

InSAR:(interferometricsyntheticapertureradar)

永久散射体合成孔径雷达干涉测量

PS-InSAR:(persistentscattererInSAR)

3

GB/T44146—2024

合成孔径雷达

SAR:(syntheticapertureradar)

小基线集合成孔径雷达干涉测量

SBAS-InSAR:(smallbaselinesubsetInSAR)

单视复数图像

SLC:(single-lookcompleximage)

航天飞机雷达地形测绘任务

SRTM:(shuttleradartopographymission)

步进扫描地形观测

TOPS:(terrainobservationbyprogressivescans)

合成孔径雷达时序干涉测量

TS-InSAR:(timeseriesInSAR)

4基本要求

采用技术开展地壳形变监测应满足以下基本要求

InSAR,。

星载数据成像后统一采用数据格式

a)SARSLC。

测量单次地壳形变至少获取地壳形变发生前后各期数据测量时序地壳形

b),≥50mm1SAR;

变宜积累不少于期数据

,15SAR。

优先选用卫星轨道与地壳运动方向的夹角且的数据

c)≤165°≥15°SAR。

不宜在如下地区开展基于技术的地壳形变监测

d)InSAR:

沙漠水体积雪沼泽等地区

1)、、、;

完全被浓密植被覆盖地区

2)。

5总体流程

基于技术的地壳形变监测总体流程见图主要内容如下

InSAR1,。

资料与数据准备根据工作目标及地壳形变特性确定工作区范围收集工作区的基础资料和

a)。,

数据常用星载数据格式及参数列表见附录

SAR。SARA。

形变起始参考点选择宜选择无形变区高相干点作为形变计算起始参考点

b)。。

数据处理根据数据累积量等因素选择或包括

c)InSAR。SARD-InSARTS-InSAR(PS-InSAR

和方法进行干涉处理典型形变场的特征及处理方法见附录

SBAS-InSAR)。B。

质量保障检查处理后获得的地壳形变图质量并与其他独立的地壳形变测量成果进行不低

d)。,

于观测成果样本量的对比验证优先采用直接对比验证适宜时可采用交叉对比验证和

5%。,

间接对比验证

。

成果编制收集整理处理过程中的各类数据成果图件成果和文档成果形成工作报告

e)。、,。

4

GB/T44146—2024

图1基于InSAR技术的地壳形变监测总体流程图

6资料与数据准备

61基础资料收集

.

应收集以下资料

。

与地壳应力和形变测量有关的各类资料例如工作区内水准网网的布设情况及测量

a)。:、GNSS

资料活动断裂带地裂缝滑坡体等调查资料地震现场调查资料地下水和矿产资源开采情

;、、;;

况资料

。

与干涉失相干有关的资料例如厚植被冰雪覆盖强降雨导致洪涝等

b)。、、。

地面覆盖资料包括工作区主要地面覆盖类型对观测有影响的各种地物分布情况包

c)。:;SAR,

括大面积湖泊河流农田等低反射地物等

、、。

气象资料包括气温湿度降雨降雪等资料

d)。、、、。

数据其覆盖范围应略大于相应数据的覆盖范围格网间隔宜接近数据分

e)DEM。SAR;SAR

辨率

。

62SAR数据获取

.

应收集工作区范围内数据以及卫星所提供的精密轨道数据组成数据像对或数据集的

SAR。SAR

数据获取要求如下

。

5

GB/T44146—2024

波源应选择具有相同工作频率带宽脉冲重复频率极化方向轨道倾角且入射角相近的相

a)。、、、、

干波源为数据源

SAR。

轨道应获取同一轨道且覆盖相同工作区的数据卫星飞行姿态稳定波段的卫

b)。SAR;,L、S、C

星轨道定位精度宜优于波段的卫星轨道定位精度宜优于

0.05m,X0.03mm。

波长λ应结合地物覆盖和任务要求选用波段λ到波段λ的

c)()。L(≈0.23m)X(≈0.03m)SAR

数据不同波段数据的地壳形变监测精度见附录

。SARInSARC。

极化方式优先选用同一极化方式的数据如垂直极化或者水平极化的数据

d)。SAR,SAR。

图像重叠率当大尺度工作区需要同轨或跨轨的多景图像进行拼接时同轨相邻两景

e)。SAR,

图像的重叠率应超过沿轨图像长度的跨轨数据相邻两景图像的重叠率应超过图像

SAR15%;

幅宽的

15%。

时间基线应选择时间间隔较短的数据组成像对或数据集临界时间基线与波

f)。SAR。SAR

长信号带宽气候条件植被覆盖程度等有关干旱少植被地区即使时间基线较长如

、、、。、,(

年甚至更长干涉图依旧可保持较好相干性植被较密的地区即使时间基线较短如几天

10),;,(

或更短干涉失相干现象依旧可能严重

),。

空间基线应选择小于临界空间基线的数据组成像对或数据集临界空间基线与

g)。SAR。SAR

波长信号带宽卫星飞行高度雷达入射角等有关随波长增加临界空间基线相应变长为

、、、。,;

保证较高的相干性较理想的空间基线在波段小于或等于波段小于或等于

,X100m,C

波段小于或等于

300m,L1000m。

7形变起始参考点选择

宜在无形变区内选择易辨别的高相干地物作为形变计算起始参考点不宜在矿区塌陷区油气开

。、

采区地质灾害区等潜在或已知存在形变的区域以及在沙漠沼泽冻土冰雪森林水体等低相干区

、,、、、、、

域选择形变起始参考点典型形变的形变起始参考点选取要求如下

。:

同震形变宜选择距震中较远的无形变区内的易辨别高相干地物

a),、;

震间形变宜选择垂直于断层方向距活动断层较远的无形变区内的易辨别高相干地物

b),,、;

震后形变宜选择距发震断层较远的无形变区内的易辨别高相干地物

c),、;

火山形变宜选择距火山口较远的无形变区内的易辨别高相干地物

d),、;

地面沉降宜选择沉降区范围之外无形变区内的易辨别高相干地物

e),,、;

地质灾害形变宜选择远离地质灾害区的无形变区内的易辨别高相干地物

f),、。

形变起始参考点亦可选取其他高精度技术手段持续监测的易辨别的高相干地物

。

8InSAR数据处理

81处理方法选择

.

根据地壳形变量典型形变场的形变量见附录持续时间数据累积量数据时间间隔分

(B)、、SAR、

布工作目标等选择处理方法

、InSAR。

当形变量大于或等于时宜选择方法如有多期数据亦可选择

a)0.02m,D-InSAR;SAR,TS-In-

方法

SAR。

当地表形变量小于宜选择方法

b)0.02m,TS-InSAR。

当选择方法时可根据累积数据集内各数据像对的垂直基线情况选择

c)TS-InSAR,SAR,PS-

或方法根据垂直基线分成几个集合组每个集合组内垂直基线均满足

InSARSBAS-InSAR:,

中有关空间基线的要求且单个集合组内数据累积量至少期时应选择

6.2g),SAR15,SBAS-

6

GB/T44146—2024

方法当集合组只有个时应选择方法

InSAR;1,PS-InSAR。

82D-InSAR数据处理

.

821数据处理流程

..

数据处理流程见图

D-InSAR2。

图2D-InSAR处理流程图

822数据处理步骤

..

8221成像处理

...

使用存档的原始数据时应首先进行成像处理生成主图像和辅图像对于

SAR,,SLCSLC。SAR

原始数据可选择下列一种成像算法生成数据

SLC:

距离多普勒算法

———-(Range-DopplerAlgorithm,RDA);

频调变标算法

———(ChirpScalingAlgorithm,CSA);

波数域算法

———(ω-kAlgorithm,ω-k)。

同一组数据集生成应采用单一成像算法

SLC。

7

GB/T44146—2024

8222复图像配准重采样和裁切

...、

按以下步骤对主图像辅图像和进行图像配准和重采样可输入精密轨道数据参与图像配准

、DEM,

和重采样

。

宜使用与数据分辨率接近源于的数据应依据主图像的卫星轨道参数将

a)SAR、SRTMDEM,

转换成主图像格网的模拟图像

DEMSAR。

宜使用互相关和几何配准方法计算主图像和辅图像之间特征像元点的偏移量实现粗配准

b),。

按以下方式实现精配准

c)