基于SBAS技術(shù)的亳州市地面沉降遙感監(jiān)測應(yīng)用研究

彭鵬

摘要：本文基于小基線集（SBAS-InSAR）技術(shù)，利用2012年1月～2013年1月近1年的10景Radasat2單視復(fù)影像（SLC）數(shù)據(jù)獲取了亳州市的地面沉降總體情況。采用以往歷史存檔數(shù)據(jù)，獲取了沉降的的演變過程。結(jié)果表明，在亳州范圍內(nèi)大部分相對穩(wěn)定（-2mm/a～2mm/a）；在市區(qū)西北部與東南部有小幅抬升（2mm/a～5mm/a）；市區(qū)東北部、西部與西南延伸到雙溝鎮(zhèn)一線有沉降，可以達到（-2mm/a～-8mm/a）；雙溝鎮(zhèn)北側(cè)與其東南側(cè)部分地區(qū)沉降量可以達到10mm/y。這一監(jiān)測結(jié)果對城市規(guī)劃和管理具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：小基線；地面沉降；遙感；Radarsat2

Abstract： In this article， we acquired the whole conditions of bozhou city land subsidence by using ten Radasat2s SLC date in January 2012 to January 2013 nearly one year， based on the SBAS – InSAR technology.，And we obtained the changing process of the settlement using past historical archive data. Results show that land subsidence is stable in the most part within the scope of bozhou （- 2-2 mm/a）；there is slightly uplift（2 - 5 mm/a）in northwest and southeast of downtown ； in the northeast， west and southwest to the shuanggou town of downtown ，it is settling in a line and can reach （- 2 - 8 mm/a）； in the north and southeast of Shuanggou town ，settlement can reach 10 mm/y. The monitoring result was important to urban planning and management.

Key words： SBAS-InSAR； land subsidence； remote sensing； Radarsat2

引言

地面沉降是一種緩慢的、累積的、潛在的地質(zhì)災(zāi)害。傳統(tǒng)的地面沉降監(jiān)測方法主要依靠常規(guī)的水準儀、經(jīng)緯儀、全站儀等測量儀器。近年來開始采用高精度GPS單體網(wǎng)和區(qū)域網(wǎng)等進行地表位移監(jiān)測，雖然其監(jiān)測方法技術(shù)簡單，在地面形變監(jiān)測方面一直發(fā)揮著重要作用，并成功地解決了很多工程問題，但隨著測繪技術(shù)手段的不斷發(fā)展和地表沉降監(jiān)測應(yīng)用范圍的進一步擴展，它們存在著基于點的觀測，周期長、工作強度大、耗費大等缺點。

合成孔徑雷達差分干涉測量技術(shù)（D-InSAR）是近年來發(fā)展起來的一種監(jiān)測地表形變的手段，能夠?qū)ρ芯繀^(qū)域進行全天候、無接觸式、大面積的、厘米級的監(jiān)測。常規(guī)的D-InSAR監(jiān)測方法有二軌法、三軌法等，因為受時間、空間失相干和大氣干擾等因素的限制，這些方法無法有效的獲取時間上比較連續(xù)的緩慢形變。小基線集（SBAS）方法是由Berardino和Lanari等人提出，該方法采用小基線組合原則進行干涉測量，有效地減弱了空間失相干問題，提高了形變的監(jiān)測精度與空間分辨率，其利用奇異值分解（SVD）方法將多個小基線集聯(lián)合起來，有效地解決了時間采樣不夠的問題，提高了時間分辨率，本方法可以用于研究緩慢的形變。

本文利用2012年1月至2013年1月近一年時間段的10景安徽亳州地區(qū)的Radarsat2衛(wèi)星SLC格式數(shù)據(jù)，采用SBAS方法對亳州因開采地下水而造成的地面沉降進行監(jiān)測，獲取形變量與沉降速率等。

1. 研究區(qū)概況

亳州市位于安徽省西北部，地處淮北平原，其西北部、北部與河南省接壤，西南部與太和縣、阜陽市潁東區(qū)毗鄰，南與潁上縣、鳳臺縣、淮南市相連，東界濉溪縣、懷遠縣。區(qū)內(nèi)交通極為便利，鐵路有京九線和徐阜線；公路有濟（南）廣（州）高速公路、南（京）洛（陽）高速公路和G105、G311國道及S202、S203、S305、S307、S308省道等在區(qū)內(nèi)縱貫東西南北；水運以渦河、西淝河、茨淮新河航運可直通淮河。

野外調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，在亳州市部分地段有地面沉降現(xiàn)象。通過收集不同時期的水準高程數(shù)據(jù)對比得出，以亳州市城區(qū)的南部多年累積地面沉降量最大為160mm，城區(qū)南部以外附近較高為113mm，外圍地區(qū)一般為50mm～90mm。

2. 數(shù)據(jù)源

本次收集的數(shù)據(jù)主要有兩種，一種是以往的ASAR和ERS數(shù)據(jù)，用于亳州市以往沉降信息的提取，數(shù)據(jù)共有10景，具體情況見表1。

亳州市現(xiàn)狀信息采用的實驗數(shù)據(jù)包括加拿大MDA公司的Radarsat2數(shù)據(jù)以及通過美國太空總署（NASA）官網(wǎng)下載的研究區(qū)的SRTM數(shù)據(jù)。本文共收集了2012年2月到2013年1月覆蓋該區(qū)域的10景Radarsat2數(shù)據(jù)，精密軌道數(shù)據(jù)由MDA公司提供。通過查看垂直基線距，為了達到較好的效果，在此選擇小于等于500m作為基線閾值，如表2所示。

3. 研究方法

SBAS方法主要是利用奇異值分解（SVD）方法將多個小基線集聯(lián)合起來求解，有效地解決不同SAR數(shù)據(jù)集之間空間基線過長造成的時間不連續(xù)問題，提高監(jiān)測的時間分辨率。首先將所獲得的SAR數(shù)據(jù)組合成若干個集合，原則是：集合內(nèi)SAR圖像基線距小，集合間的SAR圖像基線距大。然后，對每個集合內(nèi)的干涉對采用D-InSAR的方法進行干涉測量， 得到解纏后的相位序列。最后，按照時間序列D-InSAR分析模型，對相干性較高的點（噪聲較弱）逐點求解沉降速率和各時間點的累積形變量。簡言之，SBAS方法就是對D-InSAR方法獲取的解纏后的差分相位圖進行后處理的一種InSAR時間序列分析技術(shù)。SBAS方法的數(shù)據(jù)處理流程如圖2所示，其技術(shù)流程如圖1所示。