基于InSAR技术的地表形变与雪深监测研究

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对地下资源的开采利用在给我国经济发展带来巨大效益的同时,也给当地的生态地质环境、人文环境带来了较大负面影响。对地面沉降进行及时有效的监测,在掌握地表破坏程度、合理安排资源开采、指导环境修复以及灾害预测等方面具有重大现实意义。在全球冰冻圈中,积雪作为分布范围最广、最活跃的要素之一,在全球水循环中具有重要地位。作为雪水当量反演的重要参数之一,雪深的准确反演在区域水文中扮演着重要角色。传统对地监测手段需耗费大量的人力、物力和财力,在很多方面并不能满足实际需求。因此,具有高时空分辨率、覆盖范围广、全天时、全天候观测特点的合成孔径雷达干涉测量(InSAR)就逐渐成为了对地观测新手段。
  在矿区地表垂直沉降监测中,以覆盖轩岗矿区的2016年2月17日和2016年4月5日两景S entine l-1A雷达影像为基础,通过合成孔径雷达差分干涉测量技术(D-InSAR)获取视线向形变后,利用常规方法和Li et al.2015方法求解垂直形变。经对比发现,两种方法解算的垂直形变在空间分布上具有相似特征,仅在局部区域的沉降量值上存在差异。当对大范围矿区地表进行垂直形变规律监测时,常规方法能够满足实际需求。
  在太原市区地表沉陷监测中,以覆盖太原市区的33对S entine l-1A雷达影像为数据源,采用小基线集InSAR技术(SBAS-InSAR)提取太原市区2018年2月18日至2020年3月3日期间的时序地表沉降规律。对获取的年平均沉降速率和时序累计沉降量综合分析发现,太原市区近两年期间的主要沉降区域为小店区、杏花岭区北部和杨家峪附近。这种沉降特征可能与太原市快速发展导致的地上建构筑物载荷增大以及地下水需求增多有关。
  在雪深反演中,对阿勒泰地区分别采用三种方法进行雪深反演。(1)基于降雪前后两景雷达影像,采用D-InS AR获取积雪相位,结合雷达波束在积雪中的传播路径建立积雪相位与雪深关系;(2)采用D-InSAR获取多个连续干涉对相位差,结合实测雪深变化,经拟合方法建立积雪相位差与实测雪深变化关系;(3)以雷达影像的后向散射强度为基础,联合实测雪深建立积雪后向散射强度与实测雪深关系。经与实测雪深进行对比发现:当降雪前后两景雷达影像间不存在多次积雪覆盖或积雪融化现象时,第一种方法的反演雪深与实测雪深趋势一致,但小于实测雪深;当从每年冬季到次年春季(一个降雪周期)的累计雪深小于16c m时,线性和非线性积雪相位差拟合公式反演雪深的均方根误差分别约为1.98c m和1.89c m;当一个降雪周期内的雪深大于16c m且小于18.1c m时,后向散射强度拟合公式反演雪深与实测雪深差异较小。因此,基于InS AR技术反演雪深时,应根据不同区域的不同降雪规律,分别采用上述方法中的一种或多种来对雪深进行反演。
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