基於小波濾波的小基線集干涉技術的地面沉降監測

Time: 2019-11-30  admin    

        時序InSAR技術是常規InSAR技術的進一步發展。時序 InSAR技術的提出主要是為了解決長時間序列(或間隔)SAR 干涉分析過程中,干涉相位的軌道誤差、大氣延遲、地形誤差等因素造成的低相干性問題。常見的時序InSAR技術可以概括為三大類:即相位疊加(stacking)技術、永久散射體(PS-InSAR)技術以及小基線集(SBAS)技術。為了更好地解決已有時序InSAR技術在干涉相位分解過程中噪聲慮除和常規濾波存在的問題,基於小波變換在時間序列信號分析處理方面的優勢,以及小波濾波方法在噪聲抑制和消除方面的突出能力,通過將小波濾波方法引入常規小基線集干涉處理流程,發展了基於小波分析的小基線集時序 InSAR 方法,稱為 Wavelet based SBAS 方法,簡稱為 WB-SBAS 方法。WB-SBAS干涉測量處理方法中,干涉圖的生成採用標準化干涉處理流程。對小基線集干涉技術的改進主要集中在干涉圖生成以後的處理過程,包括相干點選取、相位解纏、軌道誤差估計、大氣延遲校正、線性速率估計等步驟。

        WB-SBAS方法充分利用了小波分析在科學研究和工程應用方面的優勢,特別是在 InSAR時間序列信號處理方面的潛力。主要體現在:1)鑑定穩定像元過程中對復干涉相位的估算和去除,並且是在全解像度下進行處理;2)構建小波濾波器用於 DEM 誤差、軌道誤差和與地形相關的大氣延遲成分的去除;3)基於連續小波變換的時域濾波方案用於殘留大氣延遲成分的去除和干涉形變時間序列濾波,防止低頻成分的損失和數據壓縮等。

        基於時序 SAR干涉測量技術的城市地表形變監測一直以來都是國內外環境地質領域的研究熱點。本研究採用WB-SBAS技術獲取了北京平原區2003~2013年地面沉降監測結果。選用數據為2003年~2010年的ASAR數據和2010~2013年的TerraSAR-X數據,經過差分干涉、解纏處理和時序反演後,對兩個數據集得到的時間序列進行融合,得到2003~2013年完整時間序列的沉降結果(圖1)。

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圖1. 2003~2013年北京平原區地面沉降分佈時變結果圖

        通過同期水準觀測數據檢驗表明,兩種觀測手段標準差小於6 mm/a,相關係數超過0.8(圖2), 表明綜合WB-SBAS干涉測量方法和InSAR時間序列融合方法,能夠獲得高精度的區域地表形變信息。

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圖2 InSAR 獲取的年均沉降速率與地面水準觀測結果

代表性成果

Gao, M. (高明亮).; Gong, H.(宮輝力); Chen, B.(陳蓓蓓); Li, X.(李小娟); Zhou, C.(周超凡); Shi, M.; Si, Y.; Chen, Z.; Duan, G. Regional Land Subsidence Analysis in Eastern Beijing Plain by InSAR Time Series and Wavelet Transforms. [J] Remote Sensing, 2018


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