SARscape应用集锦——InSAR技术应用

合成孔径雷达干涉测量—InSAR（Synthetic Aperture Radar Interferometry）技术逐渐成熟并得到了工程化应用，已经成为地表形变监测的主要技术手段，在全球及区域性地形测图、大尺度地表形变监测中得到广泛应用，如地震前后的地表形变监测，由于地下水过度开采等因素造成的城市地面沉降，铁路/高铁/地铁建设项目对沿线地表产生的影响，冰川移动监测，采矿区塌陷监测等。

InSAR技术是利用雷达系统获取同一地区两幅SAR影像所提供的相位信息进行干涉处理，来获取地表的三维信息，可以建立目标地区的数字高程模型。如美国的SRTM项目就是采用InSAR技术获取全球80%陆地覆盖的中等分辨率DEM数据；德国的TanDEM-X卫星计划获取全球高分辨率DEM数据。

1 InSAR技术获取DEM

合成孔径雷达干涉测量技术（InSAR）是以同一地区的两张SAR图像为基本处理数据，通过求取两幅SAR图像的相位差，获取干涉图像，然后经相位解缠，从干涉条纹中获取地形高程数据的空间对地观测技术。

通过InSAR技术手段，短时间内获取瑞士境DEM数据，像元大小为25米，高程精度为7~15米。

图1 瑞士全境25米DEM数据

利用高分辨率的PALSAR数据，通过InSAR技术，提取的10米分辨率的非洲马拉维部分地区的DEM产品。

图2 马拉维10米 DEM数据

InSAR技术不仅可应用于星载SAR，还可应用于机载SAR数据，获取精度更高的DEM，可构建三维场景，如图：

图3 星载SAR数据获取的DEM构建三维场景

图4 机载SAR数据获取的DEM数据构建三维场景

2 地表形变监测

差分干涉雷达测量技术（D-InSAR）是指利用同一地区的两幅干涉图像，其中一幅是通过形变事件前的两幅SAR获取的干涉图像，另一幅是通过形变事件前后两幅SAR图像获取的干涉图像，然后通过两幅干涉图差分处理（除去地球曲面、地形起伏影响）或结合已有的DEM数据来消除干涉图中地形因素的影响，来获取地表微量形变的测量技术。

基于测量学的地表形变监测方法是在沉降区布设地面沉降监测网，包括地面沉降监测水准网、地面沉降监测GPS监测网、地面沉降监测地下水位（水量）动态监测网，通过定期的反复观测，为研究和控制地面沉降提供准确、可靠的资料。该方法只能获得小范围内的形变信息，空间覆盖离散，实地堪踏对人力物力要求高。与类似的离散点测量技术相比，D-InSAR技术具有全天侯、全天时作业优势，其测量结果覆盖范围广、信息量大、节省人力物力。可进行大范围的地表形变监测，如地震引起的形变、冰川移动等。

2.1地震后地表形变监测

2010年4月14日，青海省玉树地区发生7.1级强烈地震，利用D-InSAR技术获取地震灾害造成的地表形变。

图5 2010玉树地震地表形变结果制图（左为PALSAR数据，右为ASAR数据）

图6 使用PALSAR数据获取的地震前后位移监测结果制图

2011年3月11日，日本发生9.0级特大地震后，使用2010年10月28日和2011年3月15日灾前灾后两景的ALOS Palsar雷达数据，在ENVI SARscape软件支持下，利用InSAR技术对日本仙台市南部进行地表形变（Displacement）监测，得到的形变情况，如下图所示。

监测结果表明，北部地面比地震前高，最大形变值达到30厘米，南部地面总体呈沉降状态，最大值在监测区域最南部，达到3.4米。总体上可以看出，从北向南，呈现地面隆起到沉降的趋势，并且最南部区域地面严重沉降。

图7 利用D-InSAR技术对日本仙台市南部进行的地表形变监测结果

2.2 克什米尔山区地面沉降监测

伊朗东北部的克什米尔山区，由干涉合成孔径雷达技术，水准测量和成像光谱技术监测，结果表明该区域是由古老的高山基底断层控制的地面沉降模式。下图是ENVISAT ASAR图像模式数据获取的由克什米尔山区2003年-2004年之间的沉降测量结果：

图8 35天沉降图（2003年7月3日-8月7日）

图9 70天沉降图（2004年6月17日-8月26日）

图10 105天沉降图（2004年7月22日-11月4日）

图11 监测结果的制图输出与分析

3 海冰监测

干涉测量技术能得到更多的信息量。使用30分钟前后获取的兰开斯特海槽的ERS- 2和ENVISAT卫星（25米）数据对产生的干涉图（左下图），与谷歌地球视图（右上图）对比，。白色箭头指示的是不连续（移动方向和速度方向）的浮冰。蓝色箭头指向快速奔向大海的具有陆地冰的运动特点的冰川舌，每个边缘对应一个2.8cm的位移。