浙江平原時序InSAR地面沉降監測

浙江平原時序InSAR地面沉降監測

摘 要

針對浙江省地面沉降監測需求，研究利用時序InSAR技術進行浙江省平原區地面沉降監測的技術流程。以上虞區塊為例，反演得到上虞地區2013~2014年度地面沉降信息；結合同期外業水準測量數據，在傳統點-點、點-面驗證基礎上，提出點-線驗證方式，將幾種分析評價方法進行了對比，對InSAR地面沉降監測精度進行評價分析；最後結合外業實地調查的情況，證明了InSAR技術監測大範圍地面沉降分布狀況和發現區域沉降中心的有效性和精確性。

引用格式

[ ]引用格式：駱光飛， 陳捷， 祝彥敏． 浙江平原時序ＩｎＳＡＲ 地面沉降監測［Ｊ］． 測繪科學，２０１６，４１ （９）：１０２-１０７．

正文

地面沉降又稱地面下沉或地陷，它是自然因素和人類工程經濟活動因素作用下，由於地下鬆散地層固結壓縮，導致區域性地面標高降低的一種地質現象。地面沉降與其它地質災害有所不同，屬於緩變性地質災害，具有覆蓋範圍廣、破壞程度高、監測難度大、治理任務重等特點。

傳統的地面沉降監測方法有精密水準測量、GPS測量等。雖然這些傳統方法的測量精度高，但是存在實時性弱、水準點不穩定、應用面窄以及耗費人力、物力和財力等缺點，難以適應全面性的、區域性的地面沉降監測。合成孔徑雷達干涉測量（synthetic aperture radar interferometry，InSAR）技術是近年來地面沉降監測的新方法，能有效克服精密水準測量和GPS網測量的一些缺陷。精度高，覆蓋範圍大，具有全天候、全天時對地觀測能力，它不僅能夠提供宏觀的靜態信息，而且能夠給出定量的動態信息，可以提供數年的地面沉降情況，通過綜合分析區域環境地質條件和社會經濟發展狀況，有利於地面沉降遙感調查的準確、快速、定量評價。

浙江省地面沉降易發區面積約14 000平方千米，佔全省平原地區面積的95%，主要分布在杭嘉湖、寧紹、溫黃、溫瑞等平原地區。目前地面沉降調查利用的監測技術手段主要是水準技術和GPS技術，這種方法雖然測量精度高，但其布設範圍、布設密度、監測的連續性等方面仍然存在一定不足，很難給出整個監測區域的變化趨勢。InSAR技術是近年來遙感領域發展起來的新技術，可以高密度地監測整個區域的地面沉降情況，故在浙江省第一次地理國情普查中，要求利用InSAR技術監測平原區地面沉降。針對浙江省平原地區地面沉降的現狀，結合浙江省地理國情監測的需求，以位於寧紹平原的上虞為研究區域，利用COSMO-SkyMed雷達影像數據，開展了基於多主影像相干目標小基線InSAR技術地面沉降監測的研究工作；同時，利用常規的地面水準測量成果，在傳統的點-點、點-面驗證方法基礎上，針對傳統方式驗證範圍小，無法進行趨勢性驗證的缺陷，提出了點-線（InSAR高相干點-水準連線）驗證方式，充分驗證InSAR沉降監測的精確性；通過外業實地考察，評價InSAR技術對於發現沉降嚴重區域的有效性和準確性。

1 InSAR沉降監測技術路線1.1 SAR數據情況

本次試驗利用覆蓋浙江上虞區域的22期COSMO-SkyMed數據，3米解析度，StripMap拍攝模式，HH極化模式，連續獲取2年，時間跨度為2013年1月到2014年11月。每景SAR影像覆蓋範圍面積約為1600平方千米。

1.2數據預處理

數據預處理的主要工作是對將原始SAR影像經過格式轉換，提取軌道參數等信息，並對軌道信息進行加密處理。由於SAR干涉處理要求影像配准精度達到亞像素級別，因此需進行粗配准、裁切、精配准工作。最後，利用軌道信息和DEM，將配准後影像的每個像素從斜距幾何轉化為地圖投影坐標。

1.3地表形變反演

對預處理後的時間序列SAR影像，根據小基線組合原則，形成若干個主輔干涉像對，進行去平地相位和去地形相位後，得到差分相點陣圖。然後依次進行穩定點目標提取、相位解纏、相對線性形變速率反演及高程誤差計算、非線性形變和大氣相位的分離與估計等，最終獲取整個時間序列的地面沉降反演結果。

2 InSAR沉降監測精度驗證

本文通過建立常規的地面水準控制網，在InSAR地面沉降監測的時間內完成水準測量，使用點-點、點-線、點-面的技術方法，分別將實測結果與InSAR測量結果進行比對分析，評價基於InSAR的浙江沿海平原地面沉降監測的精確性。

3 InSAR沉降監測成果外業實地核查

根據上虞InSAR沉降監測結果，挑選30餘處地面沉降嚴重區域，進行野外實地核查。這些區域主要分布在城區及沿海圍墾地帶，調查發現，這些地區主要是工程性沉降為主。

4結束語

利用InSAR技術進行地面沉降監測工作，具有全天候、精度高、動態連續監測能力強、覆蓋範圍大、方便迅速、成本低、效率高等一系列優點，將雷達差分干涉測量技術與其他研究手段相結合，綜合分析區域地質環境條件和社會經濟發展狀況，有利於地面沉降遙感調查的準確、快速、定量評價。本文針對浙江省地理國情監測中浙江省平原地區地面沉降監測的需求，利用InSAR技術針對上虞試驗區域，研究了InSAR地面沉降監測的技術流程，同時綜合採用點-點、點-線、點-面驗證方式，對幾種驗證方法適用性進行了比較，並對沉降反演結果展開外業實地調查，驗證了使用InSAR技術進行浙江省沿海平原沉降監測工作的精確性和可行性。後期工作中，針對地面沉降監測工作，可在應用更精確InSAR數據反演沉降、監測區域布設角反射器輔助InSAR地面沉降反演及精度驗證等方面展開進一步研究。

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