INSAR技术再矿区地面沉降监测的应用探讨
差分干涉测量(D—InSAR)技术在矿区地面沉降监测中的应用
位信 息 。由于在 所获 取 的相 位信 息 中 ， 含有 大气延 迟、 轨道 误 差 、 平地 效应 、 地形 起 伏 、 目标两 次 成像
过 程 中的微 小形 变及 噪 声信 息 ， 此 ， —ｎ ＡＲ 的 因 Ｄ ＩＳ
转换 ， 到 差 分干 涉 图 、 强 干涉 图、 干 图 、 得 增 相 以及
＞ 涉 田计 —去相 配 线 理 像 地位地 准 噪程 影 计 『 ．算 估 缠码 基 解编 — 滤司 波 生 图 平 — 效 ◆ — — —
５ ・ ４
ＧＮ ＳＷ ｏ ｌ ｆＣｈｎ ／ ０ ０ ５ Ｓ ｒｄｏ ｉａ ２ １ ．
波 、 地 效应 消除 、 平 干涉 条纹 滤波 和相位 解缠 ， 高 相
地 面形 变 图 ， 通过 进一 步后 处理 得 到地 面沉 降分布
图 。Ｉ Ｓ ｎ ＡＲ 数 据 处 理 的 基 本 流 程 如 图 １ 示 ： 所
的 一 个 过 程 。
１ 基 本 原 理
１１ ＩＳ Ｒ 及 差 分 干 涉测 量 （ － Ｓ Ｒ 的 基本 原 理 ． ｎ Ａ ＤＩ Ａ ） ｎ
收 稿 日期 ： ０ ００ — ３ ２ １ — ８ １
・
１ ２ 双轨 法和 三轨 法数据 处理 流程 ．
差分 干涉测 量数 据处理 ， 过配准 、 经 重采样 、 滤
即为两 次成 像 的相 位差 测量 值 ， 据两 次成像 的相 根 位 差 与地面 目标 的三 维 空 间 位置 之 间存 在 的几 何 关系 ， 利用 飞行轨 道 的 参 数 ， 可测 定 地 面 目标 的 即 三维 坐标 ， 它可 以用来 提供 大范 围的高 精度数 字高
基于insar技术的地面沉降监测研究
方磊( 广东省地质测绘院，广东 广州 510800)摘 要：针对传统监测技术GNSS、水准测量等难以开展大范围、高精度和高空间分辨率的地表沉降监测工作，采用InSAR 技术对某城市17景TerraSAR-X 数据进行分析处理，得到2012～2013年度的地面沉降信息，采用水准与InSAR 同步观测方式，开展地面沉降星地一体化同步观测实验研究，利用水准观测结果对InSAR 技术地面沉降监测的精度进行分析评价，结果表明InSAR关键词：InSAR 技术;地表沉降监测;水准测量；精度分析基于InSAR技术的地面沉降监测研究作者简介：方磊（1989—），男，汉族，工程师，主要从事测绘工程、遥感等工作。
E-mail：wtl850715@1 引言地铁建设、人防工程、地下水开采等因素引发的地面沉降[1]，已成为城市地区普遍发育的环境地质灾害，尤其非均匀沉降对城镇线状工程设施稳定性构成威胁，且已造成严重损失[2]。
目前水准测量、GNSS 测量等现有地表形变监测方法测量精度较高，应用领域广泛，但存在采样点稀疏、观测周期长、测量成本高、测量点不稳定等问题，给地面沉降等地质灾害的监测和分析带来较大困难[3]。
近年来，星载合成孔径雷达干涉测量（Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR）技术，凭借高精度、实时动态、大范围的特点，在地震、滑坡、地质灾害监测等领域展现出巨大的应用潜力，为开展城市地面沉降、地裂缝等典型地质灾害监测与研究提供了新的方法[4]。
近年来，国内部分学者采用该技术在京津沉降区开展了研究。
侯安业等[5]利用北京地区31景ASAR 影像分别进行小基线与PS-InSAR 处理，验证了PS-InSAR 技术可靠性。
基于北京平原区PS-InSAR 技术反演形变时空演化特征，陈蓓蓓等[6]综合分析了地面沉降风险范围与风险程度。
罗三明等[7]就回灌等措施的沉降防治效果进行了评价。
Insar的原理和应用
Insar的原理和应用1. 前言Insar（Interferometric Synthetic Aperture Radar）是一种利用合成孔径雷达（SAR）和干涉技术相结合的遥感技术。
它能够获取地表的形变和地貌等信息，为地震研究、地质勘察、城市沉降等领域提供了重要的数据支持。
本文将介绍Insar的原理和主要应用。
2. Insar原理Insar的原理基于雷达干涉技术，即通过分析两个或多个由同一区域获取的SAR图像，可以获得该区域地表的形变信息。
其基本原理如下：•第一步，利用SAR雷达发送信号并接收反射回波，得到两个或多个时间点的SAR图像。
•第二步，将这些SAR图像进行配准，确保它们之间的几何精确对应。
•第三步，通过计算这些配准后的SAR图像之间的相位差，利用相位差的变化来分析地表的形变情况。
3. Insar应用领域Insar在多个领域有广泛的应用，下面列举了其中几个主要领域：3.1 地震研究Insar技术可以用于监测地震震中附近地区的地表形变情况，可以提供地震区域的地表位移信息。
通过对地震前后的Insar图像进行对比分析，可以研究地震的规模、破裂带、地震断层等相关信息，对地震的防灾减灾提供重要支持。
3.2 地质勘察Insar技术可以用于地下矿藏的勘察。
通过对地下矿藏区域进行Insar监测，可以获取地下的地表形变信息，从而定量分析地下矿藏的分布、规模和变化情况。
这对于矿产资源开发和保护具有重要意义。
3.3 城市沉降城市的快速发展会导致土地沉降现象，而城市沉降可能会对城市的工程设施和地下管网造成严重影响。
Insar技术可以实时监测城市区域的地表沉降情况，并提供沉降的时空信息，为城市规划和土地管理部门提供决策支持。
3.4 冰川监测Insar技术可用于监测冰川变化。
通过获取冰川区域的Insar图像，可以获得冰川的形变、速度和厚度等信息，这对于研究全球变暖和冰川退缩等气候变化问题具有重要意义。
3.5 土地利用监测Insar技术可以用于土地利用监测。
GPS_INSAR数据融合在大范围地表沉降监测中的应用
GPS/I N S AR数据融合在大范围地表沉降监测中的应用武百超1,邹徐文2(辽宁工程技术大学,辽宁阜新 123000)摘要:讨论了GPS、I N S AR应用于大范围地表沉降监测的技术特点;论述了这两种技术合成的必要性和可行性。
文中还综述了GPS、I N S AR合成技术的理论与方法,结合国内外的成功经验对其应用前景进行了展望。
关键词:CGPS;GPS;I N S AR;D I N S AR;误差改正;数据融合中图分类号:P22814 文献标识码:B 文章编号:1001-358X(2006)01-0033-03 常规的地表沉降监测一般采用重复精密水准测量方法。
近10年来,随着全球卫星定位系统GPS、计算机,数据库等技术的飞速发展,这种野外作业周期长、耗费大量人力物力的传统水准测量方法已逐渐为周期短、精度高,布网迅速的GPS技术所取代。
合成孔径雷达干涉测I N S AR(I nterfer ometric Synthetic Aperture Radar)技术在国外已开始应用于地表沉降监测,W eg muller(1999)利用1992年8月至1996年5月间的欧洲航天局雷达卫星数据监测意大利Bol o2 gna城的沉降情况,取得了与常规测量一致的效果;同时,日本的Nakag wa等(2000)利用JERS1L波段的合成孔径雷达S AR研究Kant o北部平原的地面沉降,发现L波段比C波段的S AR数据更适合平原地区的地面沉降研究;中科院遥感所选取处于沉降区的苏州市,利用I N S AR技术进行了城市地表沉降监测,与常规水准测量相比,两者相关度达01943。
这些都说明I N S AR测量值与水准测量保持很高的一致性,进一步统计分析表明,样本对的差异均值为4147mm,差均值为0117mm。
与此同时,GPS在天津市地表沉降监测方面已取得了比较令人满意的效果。
其他一些单位的实践证明,采用差分GPS静态测量的方法进行大范围的地表沉降监测,从测量精度看,可以取代长距离的一等精密水准测量,且前者比后者的工作效率高得多,其经济效益是非常可观的;甚至,采用GPS的实时动态(RTK)测量广泛取代二等水准测量也在进一步研究之中。
D-InSAR技术在煤矿区沉陷监测中应用
D-InSAR技术在煤矿区沉陷监测中的应用摘要：d-insar是近年来发展比较迅速的微波遥感技术，它具有全天候、全天时、覆盖面广、高度自动化和高精度监测地表变形的能力，已成为具有很大潜力的空间对地观测新技术。
详细推导了合成孔径雷达差分干涉测量( d-insar) 技术的基本原理，分析了d-insar技术在矿区沉陷监测中的问题，并结合新技术对存在的问题提出了解决方案，从而使d-insar技术可以对煤矿区地面沉陷得到更有效的监测。
关键词：合成孔径雷达；差分干涉测量；开采沉陷；监测0 引言我国作为一个煤炭资源开采大国，煤炭资源开采造成大面积的地表形变，不仅对地表的建筑物、道路、农田造成不同程度的破坏，而且影响了矿区和周边地区的生态环境。
及时、准确地监测矿区地面沉陷及其发展过程是煤矿区面临的重要任务。
近年来，迅速发展起来的合成孔径雷达差分干涉测量(d-insar，differential interferometric synthetic aperture radar)技术可以高精度监测地表的微小地形变化[2]，是水准测量和 gps 测量的有效补充，将其应用到矿山开采沉陷监测当中，可以对地下煤炭开采引起的地表变形进行自动化、全天候、连续空间覆盖的监测。
由此可见，应用 d-insar 技术进行矿区地表形变监测将是今后矿区地表形变监测发展的趋势。
1. d-insar技术提取地表形变的基本原理d-insar技术是以合成孔径雷达复数据提取的相位信息为信息源获取地表三维信息和变化信息的一项技术。
图1是差分干涉测量的成像几何示意图。
假设a1和a2是第一次干涉处理时的卫星成像天线，p点地表未发生形变，则其获得的是不包含地形形变的干涉相位，称其为干涉纹图1； a1和a2′是第2 次干涉处理时的卫星成像天线,且在a2′成像前,地表p点出现了微量形变，其获得的是包含了地形形变相位和其他相位的干涉相位，称其为干涉纹图2；可利用干涉纹图1和干涉纹图2干涉相位之差来获取反映地表沿雷达视线向移动的形变相位。
INSAR技术在城市地面沉降监测中的应用
4.3 复影像配准
目的： 由于获取两幅复影像时雷达天线位置不同，因此在方位向和距离向会造成同 一场景飘移和扭曲，在形成干涉相位图之前必须使同一场景的两幅复影像精 确配准，在距离向和方位向重采样，使得每个像素点反映的是同一目标区域 的信息。 步骤： ①粗配准： 配准精度大约为几个或十几个像元②像元级配准③亚像元级配准 方法： ①粗配准
滤波处理
生成配准后的复 型数据 相位差的相干系数计算 生成相干系数 图
相位差数据处理 根据相干系数处理
生成干涉图
相位解缠 生成解缠后的干 涉图
由相位数据计算高程 地学编码校 正
生成DEM
4.1数据源 选择
4.2 SAR图像的过采样和干涉图像对的预滤波 4.2.1 SAR图像过采样 避免在形成干涉条纹时出现频谱卷绕 （wrap-around） 4.2.2 干涉图像对预滤波 消除多普勒质心不同的情况，增强数据的 相干性，分为方位向预滤波和距离向预滤 波
f
i 0
N 1
，式中 f i 表示影像的频谱值，SNR 越高，影像匹配的越好
i
f max
两种配准方法结果
4.4 生成干涉相位图
将主复影像与重采样后的辅复影像共轭相乘，得到一个新的复影像，其相位图即是干涉图。 设主、辅复图像分别为 R 和 S，则两影像的像点可以表示为：
rij aij ibij ， sij cij id ij ，式中：a,b 和 c,d 分别为影像 R 和 S 的实部和虚部。
2.2 国内研究现状
目前,我国对InSAR 这一新技术的研究仍处于起步阶段 2002 年天津市利用1992年至2000 年期间的ERS 数据对天津市区进行了试验 研究 上海和苏州也进行了InSAR 相关研究。
D_InSAR技术应用于矿区开采沉陷的监测分析_刘慕溪
Ｄ－ＩｎＳＡＲ技术应用于矿区开采沉陷的监测分析刘慕溪1刘冬2（1.广东省核工业地质局测绘院广东广州510800；2.株洲市规划设计院湖南株洲412000）摘要：文章分析了合成孔径雷达差分干涉测量技术（D-InSAR）相比较于传统监测手段的优势，作者采用二轨法D-InSAR技术，利用西山煤电古交矿区2个时段的TerraSAR-X数据，获取了该矿区试验时间段内的地面形变图，指出了处理D-InSAR数据过程中发现的一些问题，并对该技术用于监测矿区地表沉降进行展望。
关键词：D-InSAR；二轨法；矿区地面沉降；数据处理0引言合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术诞生于20世纪60年代末，它是由雷达影像复数据推导出的雷达信号的信息作为信息源，并利用这些相位信息提取地表三维信息的一项技术。
InSAR技术是利用获得的同一区域的SAR复数影像，对同一个地物的回波信号进行干涉，确定该地区的干涉纹图，并且对相位信号进行分析，确定该区域的DEM或是形变信息。
D-InSAR是在InSAR技术上进一步发展而来的，通过比较两幅或多幅同一地区的SAR影像的相位变化（干涉图），从干涉图导出视线方向距离的变化，从而反推出地表形变，因此可以用来监测地表目标的水平和垂直运动。
合成孔径雷达干涉测量具有全天时、全天候、广覆盖、高分辨率等优点，在地表形变的相关领域中得到了广泛的应用。
1989年美国人Gabriel等人利用Seasat L波段SAR数据测量了加利福尼亚东南部的英佩瑞尔河谷灌溉区的地表形变［1］，首次论证了D-InSAR技术可以用于监测厘米级的地表形变。
之后，到20世纪90年代后期，部分学者通过实验证实D-InSAR技术对地球表面形变监测的精度可以达到毫米级。
但是目前来看，D-InSAR技术具有仪器噪声、卫星轨道误差、大气延迟、时间去相干、空间去相干、外部DEM估计误差、残差地形相位以及处理过程中的误差等；煤矿区的植被覆盖变化引起的地表反射特性变化，导致干涉相位在时变和地面散射体失相关，有时甚至得不到有用的干涉图［2］。
基于GAMMA的DInSAR技术在矿区地面沉降监测中的应用
文献综述
文献综述
干涉合成孔径雷达（InSAR）技术是一种利用微波雷达干涉测量地表形变的技 术。自20世纪90年代问世以来，InSAR技术在地质灾害监测、土地资源调查、城 市沉降监测等领域得到了广泛应用。在矿区沉降监测方面，InSAR技术能够有效 监测矿区的微小形变，具有高精度、高分辨率、大范围监测等优势，为矿区安全 生产提供了可靠的科技支撑。
星载雷达干涉测量技术在地壳运 动监测中的应用
星载雷达干涉测量技术在地壳运动监测中的应用
地壳运动是引起地面沉降的主要原因之一。星载雷达干涉测量技术通过连续 监测地壳运动，能够及时发现和预测地面沉降。例如，通过分析星载雷达干涉测 量数据，可以计算出地壳运动的速率和方向，进而推断出地面沉降的发展趋势。 此外，星载雷达干涉测量技术还可以用于地震活动的监测，为地震预测提供重要 的数据支持。
技术原理
技术原理
InSAR技术主要依赖于干涉测量原理，通过两幅或多幅雷达图像的相位差来计 算地表形变。在矿区沉降监测中，InSAR首先通过卫星或无人机等载体获取矿区 的雷达图像，然后利用相位差算法提取矿区的微小形变信息。此外，InSAR技术 还结合了卫星定位技术、数据采集技术和数据处理技术等，以实现高精度、高效 率的沉降监测。
研究方法
研究方法
使用InSAR技术进行矿区沉降监测的研究方法主要包括以下几个步骤：
研究方法
1、数据采集处理：通过卫星或无人机等载体获取矿区的雷达图像，并进行预 处理，如辐射定标、地理编码等。
研究方法
2、相位差计算：将预处理后的雷达图像进行干涉处理，计算图像间的相位差， 并生成干涉图。
研究方法
基于GAMMA的DInSAR技术在矿区 地面沉降监测中的应用
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INSAR技术再矿区地面沉降监测的应用探讨
作者：刘磊莫德国范涛郭玉娟
来源：《环球市场》2018年第09期
摘要：目前，我国遭受地面沉降灾害的城市超过50个，且很多地区的地面沉降范围在不断扩大，量级在不断增加，地面沉降灾害同时衍生地裂缝、地面沉陷等其他地质灾害，严重威胁了当地人民的生命财产安全。
合成孔径雷达差分干涉测量技术（D-InSAR）是近年发展起来的新型遥感新技术，因其具有全天候、大范围、高精度、高效率等地表形变监测优点，是形变灾害监测领域的一种新的经济的空间对地观测新技术。
由于部分误差源不能消除，制约了D-InSAR技术的应用，而近些年发展起来的InSAR大气改正模型、角反射器技术（CR-InSAR），InSAR时间序列分析等可有效消除或减弱形变误差，大大提高了形变探测结果的精度和可靠性，在地面沉降灾害监测方面具有其他技术无可比拟的独特优势，均具有良好的应用前景。
本文简要概括了地面沉降形成发展的诱因，分析了InSAR地表形变探测的误差源、精度、分辨率以及数字高程模型（DEM）的精度和分辨率，阐述了InSAR形变监测原理，最后介绍了目前国际前沿的几种InSAR数据处理技术。
关键词：合成孔径雷达差分干涉测量；干涉；相位解缠
随着经济的快速发展，社会面临着对矿产资源的空前巨大需求，由于地下矿产资源的开采引起采空区周围岩体的自然应力及其上覆岩层内部的原始应力的平衡状态遭到破坏，岩体需要经过重新排布以重新达到应力平衡，从而导致岩层的移动与变形引起地表移动或塌陷。
矿区地面沉降的危害主要表现为房屋、道路及公共基础设施的损毁，对农田、水资源造成污染等，对居民日常生活造成严重影响。
因此，亟需采取适当的方法对采矿区地面形变灾害进行监测、治理和修复。
矿区地表沉降监测方法主要有水准测量、GPS地形测量、摄影测量等，常规的测量方法基于对控制点的监测获取空间形变。
对于矿区大面积的变形监测，需要布设足够的控制点，通过数据内插法绘制出沉降面，受时间和天气条件影响较大，观测周期长，而且无法保证内插数据的精度。
本文通过研究合成孔径雷达差分干涉测量在监测大范围矿区地面沉降的理论与应用，对其精度与可靠性进行分析，为矿山动态监测提供数据支持。
InSAR获取形变的基本原理与处理流程
InSAR（Interferometric Synthetic ApertureRadar，合成孔径雷达干涉）是一种新型的主动微波遥感技术，它通过分析同一地区两次或多次成像的雷达差分相位和成像几何条件来建立三维地形或监测地表变形。
[1]由于相位测量的精度较高，用相位信息进行地表变形测绘，可以达到厘米级或者更高的精度。
它具有全天候、高精度、高分辨率、低成本、全天时等自身优势，
已成为空间信息获取的一种先进的测绘手段，是快速获取大面积矿区高精度的三维地形数据信息的一种极具发展潜力的空间对地观测新技术。
[2]
合成孔径雷达差分于涉测量技术（Differential InSAR，DInSAR）是以合成孔径雷达复数影像的相位信息获取地表变化信息的技术，是合成孔径雷达卫星应用的拓展，雷达图像的差分干涉图可用于检测厘米级或更微小的地面形变。
DInSAR就是应用重复轨道干涉测量的方法，消除观测区域的地形信息来获取地表的形变信息。
DInSAR的观测模式主要有两副天线同时观测的单轨模式和两次近平行的观测，（单轨模式和重复轨道模式），通过重复观测获取地面同一景观的复影像对，消除区域地形信息获取地表形变数据。
要从包含形变信息的干涉相位中获取地表形变量，需要从干涉相位中去除参考面相位和地形相位的影响。
参考相位一般利用干涉几何和成像参数，通过多项式拟合得以除去。
对于地形相位，需要利用多余的SAR观测数据或已知的DEM，通过2次差分处理消除。
根据去除地形相位采用的数据和处理方法，可将差分干涉分为二轨法、三轨法、四轨法，不同的方法的数据处理过程不相同。
InSAR数据处理主要受到时间失相干和基线失相干的影响，时间去相干是由于两幅SAR 影像获取期间作物或植被的生长、树木的季节变化（树叶的生长和掉落）、以及风向变化引起的植被运动等等地表反射特性变化引起相位的去相关噪声。
基线失相干是由于主从影像卫星对地表的视角不同而造成的一种去相干，为了保证像元内相位相干，不同的卫星都有一个临界垂直基线长度，大于该临界值的垂直基线，影像对将失去相干性。
在处理时为获取可靠的形变监测结果，需对两幅SAR影像的获取时间间隔和基线垂直分量进行控制形成干涉方案。
一般空间基线的垂直分量应小于临界基线的1/3，对于坡度较大的区域，应该更小。
数据干涉方案的组合还应考虑与其他观测数据时间上匹配，以利于相互检验，要考虑大气影响、植被生长、冰雪融冻等季节因素，以尽量减小这些干扰因素的影响。
随着InSAR技术的发展，高级InSAR数据处理技术的出现，比较典型的技术如短基线集干涉处理技术（Small BAseline Subset，SBAS）和永久散射体干涉技术（PS-InSAR），这些技术很大程度上可以削弱大气延迟误差、DEM误差、相位解缠误差等，极大地提高了监测精度。
采用常规差分InSAR技术和SBAS技术相结合共同获取矿区地表开采沉降结果，可以有效提升数据成果精度。
结论：
InSAR作为遥感领域中的重要应用工具。
以其全天候、全天时、大面积、高精度的自身优势，广泛应用在森林、水文、地面沉降、地震火山等方面。
尤其是在一些困难地区使用传统测量技术无法涉及的区域，优势更加突出。
InSAR技术的关键在数据处理过程中于对影像精配准和相位解缠，并使用技术手段将干涉图中轨道误差、DEM误差、相位解缠误差和大气延迟差等误差避免，使InSAR技术在矿山沉降监测中得到更广泛的应用。
参考文献：
[1]李平湘，杨杰.雷达干涉测量原理与应用[M].北京：测绘出版社，2006.
[2]王超，张红，刘智，等.星载合成孔径雷达干涉测量[M].北京：科学出版社，2002.。