地面沉降問題及其監(jiān)測方法小結(jié)

)在干涉相位中包含了平地相位、地形相位和其他噪聲的相位，需要提取變形相位。形變相位提取：平地相位表現(xiàn)為平行的條紋，垂直基線越長，干涉條紋越密集，地形起伏越大，干涉條紋越密集。相位解纏：相位解纏類似于解整周模糊度，計(jì)算得到的相位差是纏繞的，它的值在（-π，π）之間，為了得到真實(shí)相位應(yīng)當(dāng)運(yùn)用解纏法來得到真實(shí)相位，目前一般根據(jù)路徑跟蹤和最小二乘原理，然而他們都來自于一個(gè)數(shù)學(xué)模型，即1996年提出的Lp范數(shù)原理。一般的方法有枝切法，最小網(wǎng)絡(luò)流法，最小二乘等。InSAR數(shù)據(jù)處理中有許多處理軟件可供使用，其中有些對于學(xué)術(shù)用途是免費(fèi)的。例如：①IMAGINEInSAR：是ERDASIMAGINE遙感套件所包含的InSAR處理包，用C++寫成；②ROIPAC：由NASA的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室和Caltech開發(fā)。運(yùn)行于UNIX，可以在TheOpenChannelFoundation免費(fèi)下載；③DORIS：DelftUniversityofTechnology開發(fā)的處理套件，C++寫成，一直到多個(gè)平臺，基于GPL許可證發(fā)布；④GammaSoftware：商業(yè)套件，擁有多個(gè)模塊覆蓋了SAR數(shù)據(jù)處理、SAR干涉、差分SAR干涉等。運(yùn)行于Solaris、Linux、MacOS和Windows，研究機(jī)構(gòu)可獲得大幅度的折扣；⑤SARscape：商業(yè)套件，擁有多個(gè)模塊覆蓋了SAR數(shù)據(jù)處理、SAR干涉、差分SAR干涉等。作為ArcView和ENVI的擴(kuò)展運(yùn)行于Windows、Linux和MacOS下；⑥Pulsar：商業(yè)套件，基于UNIX；⑦DIAPASON：法國空間局CNES開發(fā)，由AltamiraInformation維護(hù)，商業(yè)套件。運(yùn)行于UNIX和Windows。圖6DInSAR數(shù)據(jù)處理流程3.3、DInSAR測量缺陷盡管DInSAR技術(shù)在形變監(jiān)測方面表現(xiàn)出極大的應(yīng)用潛力，并取得一些成功的應(yīng)用，但該技術(shù)要完全走向?qū)嵱没?，還受到多方面因素的影響和制約，其中時(shí)空失相關(guān)和大氣效應(yīng)是該技術(shù)的瓶頸。(1)時(shí)間失相關(guān)：時(shí)間基線是DInSAR應(yīng)用于區(qū)域地表形變探測的一個(gè)重要限制，尤其在植被覆蓋地區(qū)，時(shí)間間隔稍長就可能引起相位嚴(yán)重失相關(guān)而無法獲得可靠的干涉測量結(jié)果。(2)空間失相關(guān)：空間失相關(guān)是由于不同雷達(dá)側(cè)視角導(dǎo)致雷達(dá)散射信號的差異。一般情況下，單通雙天線系統(tǒng)幾乎不存在空間失相關(guān)，而星載重復(fù)單天線系統(tǒng)受基線失相關(guān)的影響較為顯著。獲取兩幅SAR圖像的軌道空間間隔越大，干涉相位噪聲水平也會越高，大大限制了有效干涉對的可用數(shù)量，使得干涉測量只能局限在部分滿足基線條件的SAR影像上進(jìn)行，這對于那些長期累計(jì)的微小地表形變監(jiān)測來說，監(jiān)測工作變得異常困難甚至不可能。(3)大氣延遲：易變的大氣條件可能導(dǎo)致不同的相位延遲，這種不一致性既表現(xiàn)在時(shí)間尺度上，也表現(xiàn)在空間尺度上。嚴(yán)重的大氣延遲會模糊甚至掩蓋感興趣的信號，若不能完整地提取或剔除大氣相位分量，則大氣相位分量很容易被誤認(rèn)為是地形起伏或地表形變，這極大降低了InSAR技術(shù)提取地面高程或地表形變的可靠性。(4)無法監(jiān)測單個(gè)目標(biāo)的變形：受雷達(dá)空間分辨率的影響，該技術(shù)只能監(jiān)測大面積的地表形變，要監(jiān)測單個(gè)目標(biāo)（如某個(gè)建筑物）的變形，對雷達(dá)差分干涉來說還是個(gè)極大的挑戰(zhàn)。要解決DInSAR中的失相關(guān)和大氣效應(yīng)問題，只有通過數(shù)據(jù)處理的手段來解決。到目前為止，已發(fā)展了兩種方法：數(shù)據(jù)融合法和永久散射體法。不過，數(shù)據(jù)融合的方法只能在一定程度上降低大氣延遲的影響，還不能解決失相關(guān)問題。永久散射體法同時(shí)解決了差分干涉測量中的大氣效應(yīng)、時(shí)間失相關(guān)和基線失相關(guān)問題，是目前差分干涉測量中解決上述問題的最好方法。3.4、InSAR變形監(jiān)測新技術(shù)PSInSAR:針對常規(guī)DInSAR相位失相關(guān)和大氣延遲影響，F(xiàn)erretti提出了僅僅跟蹤成像區(qū)域內(nèi)雷達(dá)散射特性較為穩(wěn)定的目標(biāo)而放棄那些失相關(guān)嚴(yán)重的分辨單元的方法PSInSAR（permanentScattererInSAR）。這些目標(biāo)(如地面建筑物的墻角或者屋頂，也可能是裸露的巖石)幾乎不受失相關(guān)噪聲影響，即使在多年時(shí)間間隔的干涉對中仍然保持較高的干涉相關(guān)性，把這些穩(wěn)定的目標(biāo)稱之為永久散射體（PS，permanentScatterers）。由于永久散射體可在很長時(shí)間間隔內(nèi)保持高相干，并且在空間基線距超過臨界基線距的情況下，也能夠保持高相干性，這樣便可充分利用長基線距的干涉圖像對，最大限度地提高數(shù)據(jù)的利用率；因此，可找出研究區(qū)域內(nèi)的PS點(diǎn)，通過對這些PS點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間序列分析，消除大氣的影響，便能準(zhǔn)確測量到PS點(diǎn)的形變量，從而監(jiān)測到地面的運(yùn)動(dòng)，并精確地反映出所監(jiān)測區(qū)域的相對位移。PSInSAR方法類似于控制測量，它通過點(diǎn)上的可靠信息獲得整個(gè)區(qū)域的信息，即使整個(gè)研究區(qū)內(nèi)不能形成干涉條紋，也能用PSInSAR方法探測地表的形變。目前除了PSInSAR方法外，最新的研究方法還有最小二乘法（LS）、小基線集方法（SBAS）和相干目標(biāo)方法（CT），高級PS方法。四、InSAR監(jiān)測技術(shù)與傳統(tǒng)方法的比較長期以來，地表形變的監(jiān)測通常依靠水準(zhǔn)測量和全球定位系統(tǒng)（GobalPositioningSystem,GPS）。水準(zhǔn)測量受經(jīng)費(fèi)和人力的限制，一般布點(diǎn)少，路線稀疏，監(jiān)測周期長，時(shí)空分辨率都很低，已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代防災(zāi)減災(zāi)對地表形變進(jìn)行快速和大范圍監(jiān)測的需求。而GPS技術(shù)雖然可以獲取連續(xù)的地表形變監(jiān)測結(jié)果，但其密度同樣受限于昂貴的地面設(shè)備，目前世界上最密集的GPS監(jiān)測網(wǎng)是美國南加州的SCIGN網(wǎng)和日本的GEONET網(wǎng)，空間分辨率最高也只有10km。星載合成孔徑雷達(dá)干涉測量技術(shù)（InterferometricSyntheticApertureRadar，InSAR）是近四十年發(fā)展起來的一種新型空間大地形變測量手段。憑借其全天時(shí)、全天候、大范圍（幾十公里到幾百公里）、高精度（毫米到厘米級）和高空間分辨率（幾米到幾十米）的優(yōu)勢，InSAR技術(shù)已經(jīng)越來越得到專家學(xué)者的認(rèn)可，然而，InSAR技術(shù)的應(yīng)用和推廣仍然受到至少三個(gè)方面的限制。首先