作品编号：D173（三等奖）
作品名称：基于InSAR技术的海岸带城市沉降监测
作者单位：厦门理工学院计算机与信息工程学院
小组成员：张兰鑫，王棋，郑璐瑶，卢梅英
指导老师：李晖，满旺
- 应用背景
我国海岸带总面积约28万平方千米，涉及上海、天津、辽宁、河北等11个省（区、市）的38个城市，是我国人口最集中，经济最发达的区域。海岸带城市存在在地面塌陷，地面沉降等环境地质问题。本项目以厦门岛为例进行地面沉降检测。
地面沉降(land subsidence)又称为地面下沉或地陷, 是指在一定的地表面积内所发生的地面水平面降低的现象。分为地质原因和人为原因。地质原因主要是地表松散地层在重力作用下形成致密的岩城时，地表因地层厚度变小而发生沉降。人为原因是人类过度开采地下资源, 使贮存这些固体、液体和气体的沉积层的孔隙压力发生趋势性的降低, 有效应力增大, 从而导致地层的压密。
监测地壳形变的方法有传统的大地水准测量和GPS 技术，以及近来兴起的 InSAR 等新技术。传统的地壳形变测量技术作业效率低，劳动强度大，并且只能给出单个点的沉降特征。DInSAR技术的优势是可以获取长时间尺度上的地表形变信息，达到连续动态监测整个区域面的目的; 但监测运动速度缓慢的地表形变，需要使用时间基线很大的影像对，这使得大气传播误差和时空去相干影响增大，可能致使 D-InSAR 技术不能使用。为克服以上影响，近些年发展出永久散射体(Permanent Scatters，PS)和小基线集( Small Baseline Subset，SBAS) InSAR 时序分析技术等新技术。PS原理是从一组时间序列的 SAR 图像中选取保持高相干性的点作为 PS点,如人工建筑,岩石等。这些PS点散射特性比较稳定,受时间和空间去相干的影响小。在这些PS点上可以获得可靠的相位信息,进而反演出精确的地表形变和 DEM 信息。小基线集技术(SBAS-InSAR)相较于PS-InSAR方法,限制了长基线的几何去相干，使更多的SAR图像参与到形变计算,它获取到的形变序列在空间上更为连续,从而可以应用于监测地壳长时间缓慢形变。因此本项目拟采用PS和SBAS两种方法来定量监测厦门岛的地表形变现象。
- 应用目标
本研究的结果主要可以定量直观地显示厦门岛的地表形变情况。研究结果可供相关部门提供决策支持，以预防地质灾害的发生。
- 主要技术流程
- 本研究拟采用欧洲空间局（ESA）发射的S1A（Sentinel-1A）卫星数据分析厦门市区的地表形变；
- 对哨兵数据和dem数据进行感兴趣区域的裁剪；
- 采用PS分别对SAR数据集进行地表形变反演；
- 得到地表形变时间序列后，确定沉降漏斗；
- 实地调查，验证形变结果。
- 关键技术
PS 技术用于分析点目标，其结果与线性形变相关。输入图像的数量影响像素相干性的估算，像素相干性决定 PS 点的质量。因此推荐使用 20 景以上的数据参与计算，并且接收时 间要连续，最佳情况是一个月一景。PS 技术适合用于城市区域，或者干涉条件和辐射比较 稳定的区域。PS 技术可以探测到毫米级的位移，并推断在时间段上的变形速度。
PS 技术流程图见下图：
在 SARscape 软件中，PS 操作主要分为五个步骤
1) 连接图生成
2) 干涉工作流
3) PS 反演 Step1
4) PS 第二次反演 Step2
5) 地理编码