INSAR在变形监测中的应用课件.pptx

1、简述： 近年来地震、火山、滑坡和地面沉降等地质灾害越来越严重地威胁着人类的生存空间，针对这种灾害而发展起来的地表形变监测和测量技术就显得尤为重要。 20世纪70年代后期，空间影像雷达在遥感中开始扮演重要角色。 合成孔径雷达(SAR) 由于空间影像雷达使用微波信号(厘米至分米波段)很少受气象条件及是否有太阳照射影响，可以在任何时候获取全球表面信息，因此非常适用于地表面监测工作。侧视成像、脉冲压缩技术及合成孔径技术的综合应用，可以保证空间影像雷达获得几米到几十米精度的地面几何分辨率。InSAR英文全称为InterferometricSyntheticApertureRadar,InSAR，中文含义

2、为“合成孔径雷达干涉技术”，是一种使用微波探测地表目标的主动式成像传感器。研究表明：其能够生成大规模的数字高程模型(DEM)，InSAR用于差分模式(D-InSAR)能以cm级甚至毫米级精度在大的时间与空间尺度上探测到地球表面位移，并已应用于地震与火山研究、冰川运动监测、地球构造运动研究、地面沉降监测等领域。已经发射的星载合成孔径雷达SARSAR干涉基本原理干涉基本原理InSAR监测监测变形的变形的基本原理基本原理该图表示距离向平面图，所有角度按逆时针方向定义地面点P位于椭球面高度h,P0 为P在椭球面的投影(即h=0)，相应的侧视角为0；。 假设1与2这对影像地面无任何形变，无大气影响，无任

3、何误差，称之为地形对(topo-pair)；而1与3之间存在地形变，称之为形变对(defo-pair)。对于地形对，基线的垂直与水平分量分别为: 干涉相位是改正到椭球面有：对于形变对，假设在雷达视线方向(距离)形变量为r，可表达为为形变r引起的相位形变对的干涉相位为：根据上述所示的D-InSAR几何，我们不难导出形变r引起的这是利用3幅单视复图像数据提取地形变量的一个非常重要的公式，通过两幅干涉图垂直基线之比，便能提取地形变干涉条纹，无需解算值。要注意前提是地形无任何形变。InSAR监测变形技术监测变形技术 差分干涉测量技术是应用重复轨道的方式，在不同的时间获取同一地区雷达影像，利用此两幅影像

4、进行差分干涉，可获得此地区于该时段地表及卫星间的距离变化所造成的雷达波相位差，这种相位差以干涉条纹的形式呈现，构成上包含地形引起的相位差，影像获取期间形变引起的相位差，对流层延迟误差，轨道误差等。 D-InSAR基本原理基本原理 合成孔径雷达干涉测量的相位贡献，主要来自于地形相位、形变相位、平球相位和大气延迟相位。如果想要获取地表形变信息，则必须要消除区域地形相位、平球相位和大气延迟的相位信息。平球相位可通过卫星轨道和地球椭球严密的几何关系来形成严整的几何算法，大气延迟相位贡献份额是最少的，规律尚且不明显，有专门研究。现阶段，消除区域地形相位方法有四种：（1）选取基线距为零的干涉图像对，无须考

5、虑地形影响，即可获得地表形变量；（2）应用外部因素来消除地形因素的效果，来获得地表形变量。外部因素主要是DEM数据（3）利用第三幅合成孔径雷达图像，采用干涉的方法，来消除地形影响，获得干涉形变量（4）利用四幅SAR图像，采用地表形变前后两两干涉的方法来消除地形影响，获得干涉形变量就现阶段来讲基线距为零的干涉图像对很少，所以：方法一很难实现；方法二即所谓的两通或者两轨法干涉测量，由于其少用一景SAR图像，在InSAR数据源相对匮乏的今天来讲，该方法经济上具有很大优势，目前已有研究成果表明,两轨法干涉测量所得测量结果在整体上与三轨干涉基本一致，因此两轨法精度上是可行；方法三又称三通或三轨法干涉测量

6、，是标准差分干涉测量方式；方法四即四通差分干涉测量，精度上更可靠，但适合干涉的SAR数据选取更加困难，经济上也不是很合理。InSAR技术应用于地面沉降监测的国内外经验技术应用于地面沉降监测的国内外经验InSAR技术的应用主要体现在以下几个方面：大规模的数字高程模型(DEM)的建立和地形制图；地球表面形变场的探测，包括地震位移测量、火山运动监测、冰川漂移、地表沉降与山体滑坡等引起的地表位移监测；森林调查与制图；海洋测绘以及土地利用与分类等。InSAR技术具有大面积、连续、快速、准确的优势。城市地面覆盖植被较少，城市用地变化较少，干涉测量在城市区域往往表现出较高相干性；且InSAR监测可得到一定面

7、积空间的平均变化值，而传统方法只能得到点或线的差异。这些特点说明InSAR技术特别适合城市环境地面沉降监测。国内外国内外InSAR技术用于城市地表沉降监测的实践技术用于城市地表沉降监测的实践表表明明：InSAR技术技术的优劣性的优劣性优势优势：(1)覆盖范围大,方便迅速:(2)成本低,不需要建立监测网;(3)空间分辨率高,可以获得某一地区连续的地表形变信息;(4)可以监测或识别出潜在或未知的地面形变信息:(5)全天候,不受云层及昼夜影响。局限性地震、火山等引起的地表形变不只是垂直方向上的位移，也包含有水平方向上的位移。只有单一的垂直方向的位移的时候，我们可以根据目标与雷达的几何关系将视线方向上的形变量转换成垂直方向的位移。而既有垂直方向位移，又有水平方向位移的形变，视线方向上的形变量将如何转换还是需要进进一步研究的。InSAR技术虽然具有很高的空间分辨率,星载SAR已达到约20米,但是雷达卫星因其固有的运行周期,所以时间分辨率还满足不了要求。另外大气参数的变化,卫星轨道误差等问题单纯依靠InSAR数据本身难以解决,必须加人其它的辅助数据和必要的技术手段来加以改善。