結(jié)合三維點(diǎn)云的SAR衛(wèi)星監(jiān)測拱壩變形方法研究

摘要：變形監(jiān)測是大壩安全運(yùn)行的重要支撐。針對SAR衛(wèi)星在拱壩變形監(jiān)測中無法采用傳統(tǒng)數(shù)字地形獲取壩體側(cè)面高程相位的難題，提出了一種結(jié)合三維點(diǎn)云的高分辨率SAR衛(wèi)星監(jiān)測拱壩變形方法。該方法通過距離-多普勒模型對朝向雷達(dá)方向的壩體三維點(diǎn)云進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，并結(jié)合干涉對基線信息對壩體高程進(jìn)行精確仿真，最后進(jìn)行壩體視線向-水平形變投影，以實(shí)現(xiàn)毫米級精度的拱壩形變場提取。該方法的實(shí)例應(yīng)用顯示，觀測到的壩體水平變形結(jié)果精度可達(dá)4 mm左右。隨著SAR衛(wèi)星分辨率的提高和數(shù)量的增加，此方法有望實(shí)現(xiàn)更高頻次和更高精度的壩體變形監(jiān)測。

關(guān) 鍵 詞：星載InSAR；變形監(jiān)測；拱壩；Lidar；差分干涉測量

中圖法分類號：P237

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.12.031

0 引 言

中國擁有近10萬座大壩，它們在防洪、發(fā)電和灌溉等方面發(fā)揮著巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。傳統(tǒng)的正倒垂監(jiān)測技術(shù)和測繪技術(shù)是壩體變形監(jiān)測的重要技術(shù)手段，均達(dá)到了毫米級精度的壩體變形監(jiān)測能力^［1-3］，能對大壩結(jié)構(gòu)潛在的安全隱患實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的評估和分析。但傳統(tǒng)監(jiān)測手段耗時(shí)耗力，無法快速反饋。

近年來，隨著星載SAR衛(wèi)星技術(shù)的進(jìn)步，有學(xué)者嘗試將其應(yīng)用于大壩外觀變形監(jiān)測。2012年，王騰等利用Envisat數(shù)據(jù)提取壩體的PS點(diǎn)時(shí)序結(jié)果，捕捉到了蓄水前后水壓力導(dǎo)致的三峽大壩變形^［4］。胡俊等利用ALOS和Sentinel數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)值模擬方法對湖南六都寨水庫壩體的形變特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該壩體在加固前持續(xù)線性沉降，在加固后變?yōu)槭芩挥绊懙闹芷谛詮椥宰冃?sup>［5^］。郭承乾等基于集合卡爾曼濾波，將InSAR與常規(guī)點(diǎn)式監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行跨尺度融合，研究了水布埡面板堆石壩的工后沉降，發(fā)現(xiàn)下游壩面中部沉降較大，最大年平均沉降速率約為163 mm/a^［6］。隨著米級分辨率SAR衛(wèi)星的發(fā)射，Milillo等利用TerraSAR和CSK數(shù)據(jù)對意大利Pertusillo拱壩進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果顯示拱壩中心位置PS點(diǎn)形變遠(yuǎn)大于壩體兩側(cè)的點(diǎn)^［7］。李陶等利用高分辨率SAR衛(wèi)星對深圳公明水庫土石壩群進(jìn)行監(jiān)測，對比分析了壩體表面散射特征和相干性的特點(diǎn)，形變監(jiān)測結(jié)果顯示米級分辨率的TerraSAR數(shù)據(jù)可提取到中小型壩體毫米級精度的工后沉降信息^［8］。

相較傳統(tǒng)的壩體監(jiān)測手段，星載SAR具有高精度、全天時(shí)的監(jiān)測能力^［9-11］，而且能夠獲取面域形變場 ^［12-15］。但在利用SAR監(jiān)測拱壩時(shí)存在兩個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)問題制約著其監(jiān)測精度及形變解譯：其一為SAR影像中的幾何畸變效應(yīng)，使得在監(jiān)測高拱壩徑向形變場時(shí)，其側(cè)立面高程相位誤差難以消除。雖然在時(shí)序序列SAR技術(shù)中，可通過選取散射特性穩(wěn)定目標(biāo)作為PS點(diǎn)，建立形變、高程殘差等相位函數(shù)模型對PS點(diǎn)的高程殘差進(jìn)行求解，但該模型受觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量和基線分布情況的影響較大，難以準(zhǔn)確反演壩體側(cè)立面上PS點(diǎn)的高程相位^［16］。與此同時(shí)，由于受到大氣誤差和基線殘差等模型殘差的影響，PS點(diǎn)高程誤差模型估算結(jié)果的準(zhǔn)確性難以得到保證，對高精度壩體形變監(jiān)測的影響難以評估^［17］。此外，由于SAR衛(wèi)星側(cè)視成像的特征，SAR僅能獲取視線向的形變信息，如何利用星載SAR衛(wèi)星技術(shù)實(shí)現(xiàn)壩體徑向形變場監(jiān)測結(jié)果與傳統(tǒng)壩體觀測結(jié)果的交叉驗(yàn)證和數(shù)據(jù)融合，是當(dāng)前干涉測量技術(shù)的難點(diǎn)。

為此，本文提出一種基于Lidar點(diǎn)云數(shù)據(jù)的SAR監(jiān)測拱壩變形方法，利用壩體高分辨率的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和SAR衛(wèi)星干涉參數(shù)，精確模擬壩體側(cè)立面的高程相位，進(jìn)而提取高精度壩體時(shí)序變形結(jié)果。與傳統(tǒng)測量方式相比，高分辨率SAR衛(wèi)星獲取的徑向形變場結(jié)果具有很好的一致性，可為壩體外觀變形監(jiān)測提供一種全新的遙測技術(shù)。

1 星載SAR壩體形變相位提取理論與方法

1.1 壩體側(cè)面干涉相位構(gòu)成

根據(jù)差分干涉測量的幾何原理，SAR干涉圖中壩體任意一點(diǎn)的相位φ由以下幾部分構(gòu)成：

φ=φ_f+φ_d+φ_h+φ_a+φ_n（1）

式中：φ_f為平地效應(yīng)相位，是地球參考橢球面產(chǎn)生的相位，可通過干涉圖基線參數(shù)精確估算；φ_d為形變相位，即兩次觀測時(shí)目標(biāo)在雷達(dá)視線向位移對應(yīng)的相位；φ_h為地形高程相位，與干涉圖垂直基線和目標(biāo)點(diǎn)的高程相關(guān)；φ_a為大氣擾動相位；φ_n為噪聲相位，來源于雷達(dá)熱噪聲或周圍環(huán)境干擾。

對于壩體側(cè)面上任意一點(diǎn)i而言，其干涉相位中的高程相位為

φⁱ_h=4π/λBh/Rsinθ（2）

式中：B為干涉圖垂直基線，h為壩體上側(cè)面點(diǎn)i的高程值，λ為雷達(dá)波長，R為衛(wèi)星到目標(biāo)的距離，θ為SAR衛(wèi)星的本地入射角。

圖1利用壩體橫截面展示了SAR衛(wèi)星側(cè)視成像時(shí)，壩體表面相位與地面相位信號混疊的情況。在雷達(dá)坐標(biāo)系中，壩頂區(qū)域的相位信息是BC+BS+AC這3個(gè)區(qū)域的相位疊加。而壩體側(cè)立面中心區(qū)可視為BC+AC兩個(gè)區(qū)域的相位信號疊加，即地面散射信號與側(cè)立面相位的疊加。壩體側(cè)立面BC和水平面AC會構(gòu)成的二面角散射，根據(jù)二次散射的原理，其二次散射相位中心均位于C點(diǎn)。由于壩體側(cè)面的遮擋，CD區(qū)域在SAR影像中形成陰影。

由于傳統(tǒng)差分干涉數(shù)據(jù)處理中引入的DEM數(shù)據(jù)無法建立壩體側(cè)立面的相位模型，因此無法將BC+AC區(qū)域的壩體側(cè)立面高程相位消除。在PS理論中，可通過長時(shí)序的干涉基線組合建立高程誤差模型將其消除，但是此模型對干涉數(shù)據(jù)基線分布的選擇和時(shí)序數(shù)據(jù)的要求極高。另外，PS點(diǎn)高程誤差的估算精度同時(shí)也會受大氣擾動、基線誤差等影響，使得提取的高程準(zhǔn)確性降低。

本文中壩體側(cè)立面高程的相位利用壩體的三維模型結(jié)合公式（2）計(jì)算得到。盡管地面相位與壩體相位產(chǎn)生一定的疊加效應(yīng)，但考慮到壩體下游為水體，其散射信號極弱，影響并不顯著。另外，平坦水面的高程相位基本一致，因此疊加后對壩體側(cè)立面相位的影響為系統(tǒng)性的偏移，并不帶來局部的變形，因此對壩體徑向位移場不產(chǎn)生影響。

1.2 壩體雷達(dá)視線向形變投影函數(shù)

拱壩受到蓄水水位壓力的影響產(chǎn)生徑向和切向位移，理論上這種位移是彈性位移，會隨著水位變化而周期性變化。雷達(dá)干涉測量提取的形變信息是雷達(dá)視線向觀測值，為了與壩體真實(shí)徑向位移進(jìn)行比較，需將雷達(dá)視線向形變投影函數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。圖2展示了壩體雷達(dá)視線向-水平位移投影轉(zhuǎn)換示意圖。

當(dāng)壩體水平形變的方向與雷達(dá)視線方向相同，即垂直于衛(wèi)星方位向航向角度時(shí)（圖2（a）），水平向位移與視線向位移的投影函數(shù)可記為

ΔD=ΔR/sinη（3）

式中：η為本地入射角，ΔD為壩體的水平位移，ΔR為其在雷達(dá)視線向（LOS）的位移。通常情況下，壩體的水平變形方向會與雷達(dá)視線方向存在一定的角度偏差，當(dāng)壩體水平變形方向與雷達(dá)視線方向存在夾角φ時(shí)（圖2（b）），根據(jù)幾何關(guān)系，則轉(zhuǎn)換公式變?yōu)?/p>

ΔD=ΔR/sinη·cosφ（4）

2 拱壩差分干涉結(jié)果分析

2.1 實(shí)驗(yàn)區(qū)及數(shù)據(jù)介紹

某拱壩現(xiàn)場照片如圖3（a）所示。本文共采集了覆蓋該壩區(qū)的TerraSAR Stripmap模式數(shù)據(jù)18幅，入射角度為26°，分辨率為2m。為獲取近壩區(qū)邊坡變形監(jiān)測PS點(diǎn)位的準(zhǔn)確三維空間位置和消除壩體下游側(cè)立面的高程相位，利用無人機(jī)LiDAR獲取了該壩體點(diǎn)云數(shù)據(jù)，如圖3（b）所示。壩體內(nèi)部安置有多條自動化觀測的正倒垂測線，其大致位置和編號如圖3（b）中綠色點(diǎn)位所示，開展壩體徑向變形和切向變形的日常監(jiān)測，水平位移的觀測精度優(yōu)于±0.1 mm。

本文用小基線集的方法進(jìn)行干涉對組合，空間基線設(shè)置為50 m，時(shí)間基線為6個(gè)月，基線組合如圖4所示。

2.2 拱壩徑向形變場差分干涉流程

為了在差分干涉圖中消除壩體側(cè)立面高程相位誤差，從而更為精確地提取壩體變形結(jié)果，本文提出了一種基于壩體三維點(diǎn)云模型的差分干涉數(shù)據(jù)處理方法，并將雷達(dá)測得的視線向形變量歸算到壩體水平變形的方向，具體的數(shù)據(jù)處理流程如圖5所示。

（1）數(shù)據(jù)預(yù)處理。根據(jù)壩體的朝向和SAR影像的參數(shù)信息，提取朝向雷達(dá)方向的壩體立面在WGS84坐標(biāo)系下的三維點(diǎn)云信息，用于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理分析。

（2）點(diǎn)云坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。針對每個(gè)點(diǎn)的地理坐標(biāo)，結(jié)合SAR影像成像參數(shù)和軌道信息，基于距離多普勒成像幾何反算出該點(diǎn)在SAR影像中的像素坐標(biāo)。多普勒模型如下所示：

R=|R_S-R_T|f_d=-2/λR_S-R_TV_S-V_T/|R_S-R_T|X²_t+Y²_t/（R_e+H_T）²+Z²_t/R²_p=1（5）

式中：R_S=（X_S，Y_S，Z_S）和R_T=（X_T，Y_T，Z_T）分別是傳感器和目標(biāo)點(diǎn)的位置矢量；R是傳感器到目標(biāo)點(diǎn)之間的距離；V_S和V_T分別是傳感器和目標(biāo)點(diǎn)的速度矢量；λ是雷達(dá)波長，可以通過衛(wèi)星參數(shù)得到；f_d是多普勒頻率；R_e和R_p分別為所采用橢球模型的長半軸和短半軸；H_T為地面目標(biāo)的橢球高。通過地面點(diǎn)的三維模型坐標(biāo)，選擇影像中心點(diǎn)行列號作為其坐標(biāo)初值進(jìn)行迭代求解，即可得到每個(gè)點(diǎn)在SAR坐標(biāo)系下的位置。

需要注意的是，由于受到大氣、地表運(yùn)動、SAR系統(tǒng)誤差等因素干擾，反算得出的像素坐標(biāo)可能會存在系統(tǒng)性偏差，可以通過布設(shè)的人工角反射器進(jìn)行校準(zhǔn)。

（3）壩體側(cè)立面相位仿真與干涉處理。根據(jù)步驟（2）獲取的SAR影像中壩體點(diǎn)云坐標(biāo)，對每個(gè)點(diǎn)云坐標(biāo)進(jìn)行的高程賦值，結(jié)合公式（2）可計(jì)算出壩體側(cè)立面的高程相位信息，并在后續(xù)通過差分干涉處理消除高程相位。

（4）小基線集時(shí)序分析。采用小基線集技術(shù)（SBAS）對壩體變形開展時(shí)序分析，該技術(shù)通過限制時(shí)間和空間基線的長度來獲取短基線的干涉對組合，以保證干涉對具有較高的相干性和較多的高質(zhì)量點(diǎn)位，從而獲取高精度的時(shí)序變形。

（5）壩體視線向-水平向形變投影。結(jié)合壩體的朝向及SAR衛(wèi)星軌道參數(shù)，參考公式（3）和公式（4）計(jì)算壩體視線向-水平向形變投影參數(shù)，獲取壩體水平位移方向的變形，并結(jié)合水文等觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2.3 壩體側(cè)立面差分相位結(jié)果分析

圖6（a）為該拱壩在高分辨率SAR影像上的成像結(jié)果，拱壩壩體由于頂?shù)椎怪眯纬闪艘粋€(gè)弧形的面狀目標(biāo)，非常難以辨認(rèn)。利用SAR影像參數(shù)信息，將壩體朝向下游的立面對應(yīng)點(diǎn)云投影到在SAR坐標(biāo)系（圖6（b））。其中，黃色點(diǎn)即為壩體點(diǎn)云的雷達(dá)坐標(biāo)投影。將投影到SAR坐標(biāo)系中的壩體上每個(gè)點(diǎn)位高程信息用彩色色帶展示（圖6（c））。由于實(shí)測無人機(jī)Lidar數(shù)據(jù)在壩體中間區(qū)域存在一定的空缺，在后續(xù)的數(shù)據(jù)處理中用鄰近點(diǎn)插值算法對壩體空缺點(diǎn)云的高程進(jìn)行了插值處理，以便于后續(xù)的差分干涉測量相位的計(jì)算。

圖7選取了部分干涉圖進(jìn)行展示，分別是拍攝時(shí)間為20211025-20220223，20210922-20220223，20220829-20230907，20210922-20220829的4個(gè)干涉對：第一列為去除平地效應(yīng)后的干涉圖；第二列為模擬的高程相位，標(biāo)識了對應(yīng)的垂直基線長度，4個(gè)干涉圖的垂直基線長度分別在-31～27 m之間；第三列為各干涉對去除了高程相位后的差分干涉圖，標(biāo)識有對應(yīng)主輔兩個(gè)時(shí)刻的蓄水水位差，4個(gè)干涉對獲取時(shí)期的水位差最小為1 m，最大達(dá)到39 m；第四列展示了壩頂輪廓A和B點(diǎn)之間的相位變形，以A點(diǎn)作為參考點(diǎn)進(jìn)行了形變展示。

從第一列干涉圖來看，由于壩體的高度超過200 m，30 m左右的垂直基線使得壩體從底部到頂部產(chǎn)生近一個(gè)半的條紋變化。對比第一列和第二列數(shù)據(jù)，可以看出，利用Lidar數(shù)據(jù)模擬的高程相位與原始干涉圖上展現(xiàn)出的高程相位基本一致。從第三列的差分干涉圖結(jié)果來看，從壩體底部和頂部已無相對相位變化產(chǎn)生，表明本文方法可準(zhǔn)確模擬壩體側(cè)立面的高程相位。

圖7第三列為差分干涉圖，其中圖7（c）和7（g）中壩體頂部輪廓線相位顏色較為一致，其水位差分別為5 m和1 m。從圖7（d）和7（h）壩體頂部弧形線的相位采樣點(diǎn)來看，雖然噪聲較多，但整體呈現(xiàn)水平狀態(tài)，說明壩體頂部無明顯應(yīng)力導(dǎo)致的位移變化。對應(yīng)地，圖7（k）和（o）所示差分干涉圖中，壩體中心部分和壩體兩側(cè)呈現(xiàn)出明顯的相位差，其水位差分別為34 m和-39 m。圖7（l）表示壩體頂部弧形線的相位，壩體中心位置相較于兩端視線向變形量約為-10 mm，負(fù)值表示壩體向下游移動。圖7（p）與圖7（l）的相位變化趨勢相對于水平軸呈對稱分布，其形變的方向完全相反，但是形變量級非常相近。考慮到兩幅干涉圖的水位差相反且量級相同，可推斷蓄水的水位變化是壩體干涉圖形變的主要影響因素。

3 拱壩變形時(shí)序成果分析與驗(yàn)證

3.1 星載SAR監(jiān)測壩體時(shí)間序列變形結(jié)果分析

基于前文通過差分處理獲取的壩體側(cè)立面干涉圖序列，進(jìn)一步采用小基線集技術(shù)計(jì)算壩體側(cè)立面的時(shí)間序列形變。選擇壩體兩端的點(diǎn)位作為形變分析的起算點(diǎn)，在數(shù)據(jù)處理的過程中，由于壩體的范圍不到1 km，壩體上下游高差約200 m，可以忽略大氣誤差的建模與分析。

為了與壩體的內(nèi)部觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，依據(jù)本文提出的壩體視線向-水平向形變投影模型，將壩體變形投影到了沿上下游的水平方向，圖8展示了壩體沿上下游方向的累計(jì)形變。從時(shí)序結(jié)果可以看出，壩體中部區(qū)域呈現(xiàn)出較大變形，且時(shí)序結(jié)果顯示出壩體形變呈現(xiàn)一定的周期性。

3.2 SAR時(shí)序監(jiān)測結(jié)果精度對比驗(yàn)證

為驗(yàn)證上述InSAR時(shí)序分析結(jié)果，選擇與SAR數(shù)據(jù)相同時(shí)段的正倒垂數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。首先將正倒垂的位置投影到了SAR坐標(biāo)下并進(jìn)行插值處理。圖9（a）和（b）分別展示了20210319～20230703時(shí)間間隔的正倒垂觀測結(jié)果及插值結(jié)果，圖9（c）為相應(yīng)時(shí)刻的InSAR時(shí)序結(jié)果?？梢钥闯?，正倒垂觀測與InSAR結(jié)果在形變量級和趨勢上均較為一致，即壩體中部較壩體兩側(cè)存在明顯變形。可以認(rèn)為，InSAR獲取的面域形變結(jié)果具有較高的可靠性。

壩體中部和側(cè)面560 m高程處和中部分別選取了P1、P2、P3和P4共4個(gè)時(shí)序PS點(diǎn)監(jiān)測結(jié)果，其位置如圖9（b）的所示。結(jié)合大壩的內(nèi)部正倒垂觀測數(shù)據(jù)和水位變化信息，制作了形變時(shí)序圖（圖10）。

在圖10中，藍(lán)色點(diǎn)和綠色線分別表示InSAR和正倒垂觀測的結(jié)果。其中，P1點(diǎn)和P2為靠近壩頂?shù)狞c(diǎn)位，通過與壩頂?shù)腉NSS觀測值與以及正倒垂觀測結(jié)果趨勢對比，發(fā)現(xiàn)3種觀測數(shù)據(jù)在趨勢和量級上均具有較好的一致性，且與水位變化呈現(xiàn)高度相關(guān)性。與正倒垂觀測結(jié)果對比并進(jìn)行均方根誤差（RMSE）統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在剔除個(gè)別噪聲點(diǎn)位后，兩個(gè)點(diǎn)位與正倒垂偏差的RMSE分別為4.6 mm和3 mm。P3點(diǎn)位在壩體側(cè)立面中部，剔除粗差后其RMSE為3.8 mm。P4點(diǎn)位臨近壩體右岸的參考點(diǎn)，但是在時(shí)序結(jié)果中總體保持穩(wěn)定，存在約1～2 mm左右的波動，波動的干擾源主要來自壩頂、壩體側(cè)面以及周邊山體的SAR信號混疊的綜合影響，其InSAR和正倒垂觀測結(jié)果趨勢和形變量級均比較一致，RMSE約為3mm。

4 結(jié) 論

（1）本文提出了一種拱壩側(cè)立面高程相位估算方法，利用大壩三維模型和衛(wèi)星成像參數(shù)信息實(shí)現(xiàn)了干涉圖中壩體側(cè)立面高程相位的高精度估算，解決了傳統(tǒng)差分干涉測量方法中難以消除拱壩側(cè)立面高程相位的難題。

（2）結(jié)合拱壩的形變力學(xué)模型和三維結(jié)構(gòu)，建立了壩體雷達(dá)視線向-水平位移形變投影函數(shù)，通過InSAR結(jié)果與正倒垂線監(jiān)測數(shù)據(jù)的聯(lián)合分析，得知SAR衛(wèi)星遙感監(jiān)測到的壩體徑向位移場與傳統(tǒng)正倒垂結(jié)果具有良好的一致性，多個(gè)像素點(diǎn)位的均方根誤差可達(dá)4 mm左右。

（3）基于高分辨率TerraSAR時(shí)序數(shù)據(jù)，首次提取了拱壩因水位消落產(chǎn)生的徑向位移場。對壩頂弧形剖面線監(jiān)測結(jié)果顯示，中心區(qū)域的相對變形量可達(dá)30mm，表明在合適的入射角和壩體朝向條件下，SAR衛(wèi)星能夠?qū)崿F(xiàn)毫米級精度的拱壩徑向位移場時(shí)序結(jié)果提取。

未來隨著具有小時(shí)級重訪率的高分辨國產(chǎn)SAR衛(wèi)星發(fā)射部署，星載SAR衛(wèi)星技術(shù)有望能夠?yàn)楣皦螐较蛭灰票O(jiān)測提供更高頻次的監(jiān)測結(jié)果?？紤]到大壩還有因溫度變化產(chǎn)生的外觀變形，后續(xù)有必要結(jié)合壩體InSAR監(jiān)測結(jié)果和有限元方法進(jìn)行深入分析。

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（編輯：胡旭東）

Study on deformation monitoring method for arch dam by SAR

satellite combined with 3D point cloud

ZENG Guangdong¹，CHEN Yiming^2，3，HOU Chunyao¹，TAN Dawen¹，LIU Jie⁴，LI Tao⁴

（1.China Yangtze Power Co.，Ltd.，Yichang 443002，China； 2.Changjiang Spatial Information Technology Engineering Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China； 3.National Dam Safety Research Center，Wuhan 430010，China； 4.Global Navigation Satellite System （GNSS） Research Centre，Wuhan University，Wuhan 430079，China）

Abstract： Deformation monitoring is an important support for the safe operation of dams.Aiming at the problem that SAR satellite cannot use traditional digital terrain to obtain the elevation phase of dam side in arch dam deformation monitoring，this paper proposed a new arch dam deformation monitoring method by high-resolution SAR satellite combined with 3D point cloud.In this method，the distance-Doppler model was used to transform the 3D point cloud of a dam towards the radar direction，and the interference baseline information was used to accurately simulate the dam heights.Finally，the dam horizontal deformation projection to sight direction was carried out to realize the deformation field extraction of the arch dam with millimeter accuracy.The engineering application showed that the observed horizontal deformation accuracy of the dam body can reach about 4 mm.With the improvement of the resolution and the increase of the number of SAR satellites，this method is expected to achieve higher frequency and higher precision dam deformation monitoring.

Key words： space borne SAR；deformation monitoring；arch dam；Lidar；differential interferometry