2013-利用短基线集干涉测量时序分析方法监测北京市地面沉降_李永生

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1、第３８卷第１１期武汉大学学报·信息科学版Ｖｏｌ．３８Ｎｏ．１１２０１３年１１月ＧｅｏｍａｔｉｃｓａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅｏｆＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＮｏｖ．２０１３文章编号：１６７１－８８６０（２０１３）１１－１３７４－０４文献标志码：Ａ利用短基线集干涉测量时序分析方法监测北京市地面沉降李永生１，２，３２，３３２张景发李振洪罗毅（１中国地震局工程力学研究所，哈尔滨市学府路２９号，１５００８０）（２中国地震局地壳应力研究所，北京市安宁庄路１号，１０００８５）（３格拉斯哥大学地理与地球科学学院，英国格拉斯哥，Ｇ１２８ＱＱ）摘要：利用差分干涉测量短基线集时序分析方

2、法，基于ＥＮＶＩＳＡＴＳＡＲ数据，研究了２００３～２０１０年期间的北京地区主要地面沉降区域的空间分布特征。对两个相邻轨道的结果进行对比验证，相关性达到了０．８７，ＲＭＳ为４．９ｍｍ／ａ，显示了结果的可靠性。ＩｎＳＡＲ时序分析结果发现，２００３～２０１０年期间，北京的主要沉降区域在快速沉降，而且呈加速趋势。朝阳区和通州的部分沉降中心在２００７～２０１０年期间年平均沉降速率达到了１００ｍｍ／ａ。关键词：差分干涉测量；短基线集；时序分析；北京地面沉降中图法分类号：Ｐ２３６；Ｐ２５８星载ＳＡＲ干涉测量时序分析方法主要有两种类型，第一种是永久散射体方法（ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ１北京平原地区的地

3、面沉降［１－２］ｓｃａｔｔｅｒｅｒＩｎＳＡＲ，ＰＳＩｎＳＡＲ），第二种是短基［３－６］线集（ｓｍａｌｌｂａｓｅｌｉｎｅｓｕｂｓｅｔ，ＳＢＡＳ）的方法。２０世纪５０年代以来，华北平原持续发生了传统永久散射体方法通过像元点在时间维度上的大面积地面沉降地质灾害，自发现至今沉降呈加［８］相位变化与空间上相位的相关性来识别永久散射速发展的趋势。截止２００５年底，北京地区地面体，这些方法主要是针对稳定的雷达散射点，这些沉降量大于５０ｍｍ的面积达到４１１４．１２ｋｍ２，大点一般都由单个地物目标组成，并且不受时间与于１００ｍｍ的面积达到２８１５．２９ｋｍ２，沉降中心［７］空间去相干的影响。与传统永

4、久散射体方法相最大累计沉降量达１０８６ｍｍ，最严重的地区地表比，ＳＢＡＳ方法利用到了分布式散射体（ｄｉｓｔｒｉｂｕ－仍在以３０～６０ｍｍ／ａ的速度下沉。最大年平均［８－１３］ｔｅｄｓｃａｔｔｅｒｅｒｓ，ＤＳ），这在一定程度上提高了相干沉降速率达到６６．３ｍｍ／ａ。截止２００９年底，点的密度。目前，ＳＢＡＳ技术已经成功应用于地累计最大沉降量达到１１６３ｍｍ，最大年沉降速［１２－１３］质灾害引起的地面变形监测研究中，如火山形变、率达到１３７．５１ｍｍ。目前很多机构已采用地下水开采、板块运动、采矿区沉降以及城市区域了包括ＧＰＳ、ＩｎＳＡＲ以及水准测量等在内的多种沉降等。手段对北京地区的地

5、面沉降进行了连续监［９－１０，１４］本文将重点介绍ＳＢＡＳ方法的原理，并利用测。两个相邻轨道共７６景ＥＮＶＩＳＡＴＳＡＲ数据，分析２００３～２０１０年期间北京平原地区地面沉降中２短基线集方法心的分布和时间变化趋势。［３］Ｂｅｒａｒｄｉｎｏｉ最早提出了ＳＢＡＳ方法。ＳＢＡＳ收稿日期：２０１３－０６－０６。项目来源：中央级公益性科研院所基本科研业务专项资助项目（ＺＤＪ２０１１－１７，ＺＤＪ２０１３－２２）；国家自然科学基金资助项目（４１２０４００４）；国家科技部、欧洲空间局龙计划三期资助项目（１０６０７）。第３８卷第１１期李永生等：利用短基线集干涉测量时序分析方法监测北京市地面沉降１３

6、７５方法将ＳＡＲ数据组合成若干个子集合，使得子集演，可以得到形变分量的低频部分以及ＤＥＭ误合内的ＳＡＲ数据之间的基线距小，子集合间的基差分量。线距大。在每一个子集合中，用最小二乘法可以３）大气相位去除。利用局部线性速度模型容易地得到地表形变时间序列。借助奇异值分解（ｔｅｍｐｏｒａｒｉｌｙｌｉｎｅａｒｖｅｌｏｃｉｔｙｍｏｄｅｌ，ＴＬＶｍｏｄｅｌ）［１６］（ＳＶＤ）的方法将多个集合联合求解。估计每个时刻的ＡＰＳ。由于ＴＬＶ模型仅假设假设ｔ为按照时间顺序排列的影像的获取时连续相邻时间段的速度相等，当卫星影像采集间间。如果一个数据集包含了Ｎ＋１幅ＳＡＲ影像，隔相对地表形变速率变化足够密时，

7、对整个时序生成了Ｍ幅干涉图，在进行去平地效应及ＤＥＭ分析的影响可以忽略，可以简化时序分析。相位后，在（ｘ，ｒ）点由ｔＢ和ｔＡ两个时刻的影像生成的解缠相位，可以得到式（１）：３数据处理和结果分析δφｊ（ｘ，ｒ）＝φ（ｔＢ，ｘ，ｒ）－φ（ｔＡ，ｘ，ｒ）≈４π［Δｄ（ｔ，ｘ，ｒ）］＋４πＢ⊥ｊΔｚ＋３．１数据的选择和分析ｄｉｓｐＢ－Ａλλｒｓｉｎθ本文使用了两个降轨轨道的ＡＳＡＲ数据，４π［Δｄ（ｔ，ｘ，ｒ）］＋Δｎ（１）分别是Ｔｒａｃｋ２１８和Ｔｒａｃｋ４９０。Ｔｒａｃｋ