D-InSAR与PS-InSAR技术应用于苏州地面沉降监测之比较

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1、289—_294．2010地质学刊第34卷第3期dDi：lO．3969／j．i鲫．1674．3636．2010．03．289D—InSAR与PS．InSAR技术应用于苏州地面沉降监测之比较朱叶飞1，于军1，武健强1，吴曙亮1，李向前1，张景发2，罗毅2．苏一鸣1(1．江苏省地质调查研究院，江苏南京210018；2．中国地震局地壳应力研究所，北京100085)摘要：合成孔径雷达干涉测量技术(InsAR)为地表形变监测提供了极具应用潜力的手段，特别是D-InSAR和Ps—InsAR技术在对地表沉降监测中的应用，受到了越来越多的关注。将D．InSAR和Ps-InsAR方法分别应

2、用于苏州地区地面沉降量的计算，并将两种方法的计算结果与水准观测资料进行对比分析。通过两种IIlsAR方法在苏州地区的具体应用，指出了它们在地面沉降监测中的异同点及适用情况。关键词：D-IIlsAR；Ps·IIlSAR；地面沉降；江苏苏州中图分类号：P642．26；P225文献标识码：A文章编号：1674—3636(2010)03一0289一061基于D—InSAR的苏州实验区地面沉降监测1．1苏州实验区与实验数据江苏省苏州、无锡、常州地区，是江苏乃至全国经济最发达的地区之一，人口密集，城镇众多。20世纪80年代以来，由于工业特别是乡镇企业的迅猛发展，这一地区用水量急剧增加

3、，加上绝大部分地表水受到严重污染，整个苏锡常地区水质型缺水矛盾日益突出，众多用水单位纷纷通过开凿深井取用地下水以解决供水不足的问题，致使地下水开采不断增长，部分区域严重超量开采。苏锡常地区地质构造及工程地质条件复杂，基岩面起伏不平、高低落差大，松散地层的厚度与结构变化很大，地面沉降易产生不均匀性差异沉降，导致地裂缝和地面塌陷灾害发生。目前已形成以苏锡常3个城市市区中心的局部性地面沉降，地面沉降量大于600mm的沉降区已连接成片，面积超过1350km2。沉降量最大的地方累计已达1．8m以上。图2是苏州地区sAR成像后的幅度图像，图2中的P1一P8是选择的水准点，均匀分布于城

4、区范围，用于对InSAR结果进行验证。1．2实验区D—InSAR数据处理采用两轨法完成了苏州实验地区的D—InSAR处理，即先利用实验区地表变化前后2幅单视图像图1苏州市大范围区域图2苏州市城区(约10km×lOkm)及部分水准点分布收稿日期：2009一11一04；编辑：陆李萍作者简介：朱叶飞(1978一)，男，工程师，硕士，研究方向为遥感数字图像处理及遥感机理在地学中的应用290地质学刊2010年9月生成干涉纹图，再利用事先获取SRTM的DEM数据模拟纹图，从干涉纹图中去除地形信息，即可得到地表形变信息。两轨法几何模型如图3所示，图中m和s分别表示主辅图像传感器，设SA

5、R2次过境时，地面在雷达视线方向(Lineofsight，LOS)上发生△r的形变，则形变相位为：妒耐=一譬△r从式(1)可以看到，差分相位对地形变化非常敏感，测量精度达到波长量级，对ERs—l／2来说，当地表在视线向位移2．8cm时，就可以产生2耵的相位变化。相对于三轨法，二轨法的优点是无需对干涉图相位解缠，避免了解缠的困难。但是对于无DEM数据的地区无法采用上述方法。在引人DEM数据的同时，可能引入新的误差，比如DEM本身的高程误差、DEM模拟干涉相位与真实SAR纹图的配准误差等。图3两轨法几何模型图二轨法D-InSAR的整个处理流程如图4所示。共收集了从1993年2

6、月一1995年12月间的ERS—lSAR原始数据，经SAR成像处理，形成单视复数据(SLC)，图幅的中心位置为(N31．79。、E1规71。)，影像覆盖区约为106h(长)×38l【Ill(宽)，完全覆盖整个苏州市。基于干涉对短基线距和时间间隔的考虑，D—InSAR方法选用的ERS-1干涉图像对具体参数见表l。选用S肼M的DEM(90m×90m)，转到sAR雷达坐标系(Range—DopplerSARc00rdinates)与主图像进行配准，用于模拟地形相位。利用两幅SLc作差分干涉图，干涉图减去DEM模拟的地形相位图得到去平地效应后的差分干涉图(图5)。然后计算相干系数

7、并进行相干性分析，用相干系数图(图6)辅助相位解缠，最后将解缠相位转换为地面沉降量(图7、图8)。1．3D—InSAR处理结果分析从沉降结果图(图7、图8)来看，除了城区以外的大部分地区相干性都很低，虽然城镇分布有少量相干图像之间的几何精校正去平地效应二[自适应滤波、相位解缠地形相位的去除地表形变差分干涉相位图图4两轨法D-IIlsAR处理流程图点，但这些信息在D—InsAR中基本不能用来得出地表沉降量。最后除了苏州城区，其他地方基本没有结果。但市区东北角因为相干性比较低而没有结果，但根据其他观测资料，这一块区域的沉降量在市区