INSAR技术在北京来广营地区地面沉降监测中的应用

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1、20112O11Vo1．6No．4王颖：lNsAR技术在北京来广营地区地面沉降监测中的应用第6卷第4期INSAR技术在北京来广营地区地面沉降监测中的应用王颖(北京市地质研究所，北京100120)摘要：北京市平原地区地面沉降危害日益显著，合成孔径雷达干涉测量(InSAR)具有快速、高精度、周期短等优势，可为城市地面沉降监测提供有效的技术手段。本文选用ENVISAT-1卫星sAR数据监测研究2004—2005年北京来广营地区地面沉降，利]~InSAR差分技术得到该地区地面沉降监测结果。关键词：来广营地面沉降；InSAR测量技术；应用中图分类号：TP79文献标识码：A文章编号

2、：IO07—1903(2011)04—0057—04北京平原区因过量开采地下水，造成大面积的地面2_1InSAR技术基本原理沉降。InSAR技术具备全天候、大范围、高分辨率、高精InSARE[ISAR的干涉测量模式，它将同一观测区域度等监测城市地表形变的优势，可为北京开展区域性地具有一定视角差和相关性的两幅SAR单视复数图像，经表形变调查监测工作提供快捷有效的技术方法和手段。干涉处理后检测出它们的相位差，再按照一定几何关系进行变换，进而获得观测区域的地形高度。其工作原理是1北京市平原地面沉降概况北京平原区重点地面沉降区分布在顺义区南部地区，沿前门一顺义断裂方向展布，并伴

3、有地裂缝发生，导致一些建筑物损坏。中等沉降区分布在东郊八里庄一大郊亭、东北郊来广营、昌平沙河一海鹊落、大兴庞各庄一榆垡地区，其沉降中心出现排洪困难、井管上升、水准点失准等现象；轻微沉降区分布于市区东部、东郊、东北郊、昌平南部、顺义南部、大兴南部的广大地区，面积约960km，累计地面沉降量200500ram。市东郊八里庄一大郊亭、东北郊来广营、昌平沙河一八仙庄、大兴榆垡一礼贤、顺义平各庄等地形成了5个较大的沉降区。来广营沉降区西起大屯一太阳宫，东到朝阳区孙河镇，南起左家庄一安家楼，北到昌平区燕丹一沙子营。近年来，其沉降区范围仍在持续扩大，见图l。2InSAR技术原理、方法

4、及处理流程图1北京市平原区地面沉降量等值线图作者简介：王颖，女(198l一)，主要从事遥感、GIS技术在环境、地质等方面的研究，~-mail：star．wy~163．com201120l1第6卷第4期技术应用Vo1．6No．4通过雷达卫星在相邻重复轨道上对同一地区进行两次成像，利用其所记录的像对相位进行干涉处理，解缠计算，可获取地形高程数据，如果把同一地区的、不同时相的两幅干涉图像进行差分干涉处理，可得到该地区地面沉降或水平位移的信息J．L2J。通过sAR数据处理得到主要包括两个方面的相位信^息：地面覆盖物的特性以及地表与雷达之间的高度。如果在图像获取期，地面覆盖物的特

5、性没有大的变化，可图2雷达干涉测量的成像几何关系忽略它对相位的影响，通过不同时间测量的SAR地面图像相重叠形成微分干涉图像。图像中一个相干颜色条纹循环代表一定数量的地面形变量，并通过对比地面变形实测值来确认，再利用计算机处理，形成地面变形等值线图。获取立体雷达图像的干涉模式主要有：沿轨道法、垂直轨道法和重复轨道法。雷达干涉测量及差分干涉测量的成像几何关系见图2、图3。图中为轨道高度。为基线距，。为参考侧视角，d。为地形起伏引起的侧视角的增量_jJ1I4J。图3差分干涉雷达成像几何关系(以三轨道方法为例)从图l中可导出以下主要关系：2I2研究方法：．(0o十一0。(1)数

6、据源选择6矿：．日。s0o一∞．可利用的R数据是sAR处理能否成功的关键之_。目前，雷达卫星由于其技术参数及商业化的运作方式等差：H．tan：——一：H．胁．4rr·BcoS(Oo一”·Bi异，使得这些卫星sAR数据使用的效果差别较大。选择适合的sAR数据是hlsAR应用研究中亟需考虑和解决的问题[5]。从波段特性来看，L波段能穿透植被，并能穿过地式中：为雷达波长，为干涉相位，6为相位差，h表一定深度(cm-m)，稳定性较好，两幅图像的相干性为所要求解的未知高差。通常较高，质量较好，但由于其波长长，测量精度低；x波根据图3，可将相位差对地形变化的敏感性表示成式段穿透能力

7、弱，像对相干性保存较差，但其波长短，测量(2)：精度高；C波段介于L波段和X波段之间，既具备较好的相干性，也有较高的精度，与L波段、x波段相比，是进行d(64兀一InsAR文b理分析的最佳波段I。d(￡，)考虑到气象和相位差敏感等因素的影响，本研究选6=2兀￡，(2)择2004~2005年ENVISAT-1卫星SAR数据进行干涉，干涉处理像幅大小为1000~1000象元，包含范围约为20km式中，s为地形变化。×20km，见表1。表1干涉像对组合干涉像对I基线(m)I主影像获取时间从影像获取时间ll44I2004／01／142005／03