测绘地理信息   2017, Vol. 42 Issue (3): 37-38
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SAR影像在局部地表形变监测中的应用[PDF全文]
杜伟超1, 黄佳璇2, 许君1    
1. 61206部队,辽宁 大连,116023;
2. 北京科技大学土木与环境工程学院,北京,100083
摘要: 随着新技术新手段的不断发展,遥感技术已经与多种测绘技术融合,正被广泛应用于资源勘探、灾害预警分析、动态监测和一些规划决策。本文首先简要介绍了SAR影像的三轨差分法及流程,之后利用三轨差分法对山区遥感影像进行处理,分析该区域局部地形动态变化特征,即随着卫星运行周期对同一地区不同时间段的地球表面变形趋势进行分析,对研究地球或者大区域地表形变有着十分重要的意义。
关键词: 遥感     三轨差分     地表形变    
Application of SAR Image in Local Surface Deformation Monitoring
DU Weichao1, HUANG Jiaxuan2, XU Jun1    
1. 61206 Troops, Dalian 116023, China;
2. Civil and Environment Engineering School, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China
Abstract: This paper firstly introduces the classifaction and process of three-pass method of SAR image. Then, three-pass method is used to analyze the mountainous remote sensing image and dynamic variation characteristics of local terrain in the study area. The trend analysis of earth surface deformation in the same area with satellite operation cycle in different time periods has great significance for earth and large area surface deformation monitoring research.
Key words: remote sensing     three-pass method     surface deformation    

SAR (synthetic aperture radar, SAR) 影像处理方法主要是采用差分技术[1],通过差分干涉获取地表信息技术的方法,主要有两轨差分法、三轨差分法、四轨差分法等。本文主要利用Envi-SARScape软件对遥感影像进行三轨差分处理,之后利用ArcGIS 9.3对结果数据进行提取分析,最后得出水平位移图、垂直位移图。

1 三轨差分法原理及处理流程

三轨差分法干涉主要利用三景SAR影像数据,以其中一景影像数据为主影像,分别对主影像和两景辅影像进行基线评价,基线评价合格后生成两幅干涉影像图。其中时间基线较短的两景影像差分结果包含了地形信息,时间基线较长的两景影像之间包含了地表形变信息。而后分别对影像数据进行配准、去平地效应、滤波和相位解缠、轨道精化等分析。选择同一影像作为参考影像可确保干涉影像图都具有相同的坐标系,此时不需要再进行配准和重采样。三轨差分法技术在精度和实效上其实是要高于二轨差分法技术的。三轨差分概略流程图如图 1所示。

图 1 三轨差分法流程图 Figure 1 Flow Chart of Three-pass Method

2 山区遥感影像信息提取

本文研究区域属于高山峡谷地形区域,由于高山峡谷区的不稳定的地质构造在长时间的自然或者人为影响下可能发生崩塌、沉降、滑坡等地质灾害,因此对于此类地质类型的变形监测具有重要意义[2]。本文通过SAR数据,利用三轨差分法研究该区域的地表形变趋势。

在遥感中,时间分辨率具有重大意义,利用时间分辨率可以进行动态监测和预报[3],比如可以进行植被动态监测、土地利用动态监测,还可以通过预测发现地物运行规律,总结出模型或公式为生产服务;还可以进行自然历史变化和动力学分析,如可以观察到城市变迁的趋势。对历次获取的数据资料进行叠加分析,从而提高地物识别精度[4, 5]

本文选取该区3月、4月、7月各一景雷达遥感SAR影像数据,以3月数据作为主影像数据,分别与4月、7月影像数据进行基线评价,生成干涉影像图,通过配准、去平地效应、滤波、相位解缠、轨道精化、相位差分处理分析,生成最终的地表形变图[6]

图 2所示,为处理遥感影像得到的过程影像数据,通过视线向位移图分析,得出在一定的时间分辨率情况下该区的地表形变趋势。从图中可以发现,在整个研究区域内都产生了不同程度的位移,红色区域为位移下降区域,蓝、绿色区域为位移上升区域,而黄色区域为平坦区域。颜色深浅的变化即为位移量大小的变化[7]

图 2 过程影像图 Figure 2 Images of the Process

利用Envi-SARScape软件的ScanSAR Inter-ferometry模块勾选生成水平位移图和垂直位移图,获取研究区域内点或者兴趣区域整体的三维位移,如图 3图 4所示。通过图像直接可以分析每一区域的位移变动情况,图中蓝色区域表示地表变形较大区,在该区域发生地质灾害的可能性较大,为需要重点监测的区域。

图 3 水平位移图 Figure 3 Horizontal Displacement Map

图 4 垂直位移图 Figure 4 Vertical Displacement Map

3 结束语

本文通过三轨差分法对3月、4月、7月份三景数据的处理,可以得出,随着时间的变化,该区域有较大的发生地质灾害的可能性。对该区域人民生产安全可以起到警示作用,便于管理者做出预警方案和措施[8]

遥技技术的发展使得干涉测量技术的应用领域涉及地形测量、地壳形变监测、土地利用变化监测、海面洋流监测及舰船的跟踪以及火山灾害监测等诸多方面。它与航空摄影的结合使用弥补了航摄的不足。其与GPS、GIS等结合,更加开拓了遥感技术领域的发展空间,相信未来的遥感技术会更加完美地服务于测绘工程,服务于社会[9]

参考文献
[1] 王桂杰, 谢谟文, 柴小庆, 等. D-InSAR技术在库区滑坡监测上的实例分析[J]. 中国矿业, 2011, 20(3): 94–101
[2] 何秀凤, 何敏. InSAR对地观测数据处理方法与综合测量[M]. 北京: 科学出版社, 2011
[3] 孙伟, 卢小平, 顾行发. InSAR在地面沉降监测中的应用及发展前景[L]. 国土资源信息化, 2008(5): 23-24
[4] 焦明连. GPS与InSAR数据融合方法与应用[J]. 全球定位系统, 2010, 35(3): 1–4
[5] 尤红建. 激光三维遥感数据处理及建筑物重建[M]. 北京: 测绘出版社, 2006
[6] 周建民. InSAR技术及其在地表形变监测中的应用研究[D]. 南京: 河海大学, 2006
[7] 何平. 时序InSAR的误差分析及应用研究[M]. 武汉: 武汉大学出版社, 2014
[8] 许才军, 何平, 温扬茂, 等. InSAR技术及应用研究进展[J]. 测绘地理信息, 2015, 40(2): 1–9
[9] 罗海滨, 何秀凤. 应用InSAR与GPS集成技术监测地表形变探讨[J]. 遥感技术与应用, 2006, 21(6): 493–496 DOI: 10.11873/j.issn.1004-0323.2006.6.493