时序InSAR技术在公路沿线边坡监测中的应用

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2023年12月13日发(作者：)

|工程设计施工与管理_

China Science & Technology Overviewv时序InSAR技术在公路沿线边坡监测中的应用刘雨鑫(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安710043)摘要：InSAR技术作为一项新兴的遥感形变监测手段，在滑坡泥石流监测上有其独特的优势与特点。本文以彭水至酉阳高速公

路某区域为例，使用SBAS时序InSAR技术计算了该地三年内的区域形变，对公路周边潜在和已有滑坡灾害进行评估和稳定性监测，

为工程建设安全性保障提供了基础监测数据。关键词：InSAR ;地质灾害；监测；公路

中图分类号：P258 ; TP79

文献标识码：A文章编号：1671-2064(2020)18-0080-03

1. 研究区域概况彭水至酉阳高速公路，初测阶段贯通线全长约

107.589km。公路区域跨越彭水县和酉阳县，位于大娄山

脉北东侧与武陵山脉北西缘间的山地，区内山岭连绵，呈

北北东向延伸，走向与构造线方向垂直，属中低山区，平

均海拔763m，最低海拔208m,最高海拔约为1317m。区域内具较强烈的浸蚀、剥蚀构造地形特征，岩溶地形也

有一定程度的发育，其貌主要有山间河谷冲蚀型地貌、构

造溶蚀中低山地貌以及构造剥蚀、溶蚀中低山地貌三种

类型。本文研究区域位于线路中段的洪渡镇及乌江村附近，靠

近乌江，为古滑坡区域。该区域为公路边坡（如图1),其

形变与滑动会严重影响公路的安全性。研究区域植被较为茂

密，最高约650m,最低约285m,存在高差约365m。2. 研究区域数据选取2.1 SAR影像数据用基线较长的U皮段或C波段雷达数据。研究区域植被较为茂密，短基线X波段的雷达影像易

发生时间失相干现象。为保证影像的相干性，该地区宜采图1项目区域谷歌影像图图2 SBAS工作流程图收稿日期：2020-08-05作者简介：刘雨鑫（1995—)，男，湖北钟祥人，研究生，助理工程师，研究方向：InSAR形变监测。

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2020年9月下第18期总第342期China Science & Technology Overview本次研究查询了 2017年3月至2020年3月的存档哨

兵Sentinel-1A影像，共约90景SLC影像，数据连续丰

富，重访周期最短为12d，本次研究选用了其中47景升

轨影像。为保证数据处理过程中能够去除轨道误差，实验下载

了 47景哨兵影像相应的精密定轨星历数据，将所有哨兵

中非常重要的信息，从最初的图像配准到最后的形变图像

生成都有着重要的作用。含有误差的轨道信息造成基线误

差以残差条纹的形式存在于干涉图中。因此，使用卫星精

密轨道数据对轨道信息进行修正，可有效去除因轨道误差

引起的系统性误差[1_y。2.2

DEM研究所采用的DEM为SRTM-1,通过镶嵌和裁切覆

率为30m，比SRTM-3 (90m)更为精细和准确，能够很

好地去除地形相位。3.数据处理Time-Position Plot^工程设计施工与管理2002年Berardio等提出一种小基线集（SBASInSAR)

的方法，该方法将SAR影像数据组成若干个子集，子集

内的SAR图像基线距小，并通过奇异值分解（SVD)方

法解决子集之间基线距大的问题，以降低时间和空间的失

相干对干涉效果的影响本次数据处理利用小基线集（SBAS)方法进行时间

速率和监测点的时间序列形变等成果，处理流程如图2。为避免发生时空失相干现象，将47期影像进行小基

线集合计算，保证集合内影像相干性最优。计算时设定最

大时间基线为120m,最大空间基线最大百分比为30%,

以保证干涉图的相干性和运算时间。经计算后得到小基

线集共46组，干涉对组合共221对，平均每个集合有约

9.4个干涉对（图3)。研究区域高程起伏变化较大，植被茂密，导致部分地

区相干性较差，存在一些噪点，相干性较差的区域产生极

少量极值点，为孤立像素点，会影响最终成果的极值，但

没有连成区域，不代表存在大且连续的形变区，不影响整

体形变趋势和形变量级的估算。从累计形变图（图4)可

以看出，区域内三年累计形变量在±30mm内，累计形

变量量级小，不存在大的累计形变量区域。目标区域外存

在最大累计形变为101mm (为极个别孤立噪点，未形成

连续区域)。研究区域内像元所覆盖的地区形变速率基本在

±10mm/a (图4),年平均形变速率与累计形变量图趋势

一致，目标区域内未发现明显沉降区域。本次监测所采用的影像数据重访周期连续，影像重访

间隔为24d，采样密度大且连续，保证了研究区域监测形

变趋势的连贯性。从选取的部分点位来看，时间序列形变

曲线基本为0附近摆动，不存在大的形变阶跃及连续大的影像进行轨道偏移量修正。轨道信息是InSAR数据处理

序列InSAR监测，得到监测区域累计形变量、平均形变

盖影像范围，用于去除由地形起伏引起的干涉相位，分辨

4.成果分析l-Jan-19

Acquisition

Date图3干涉基线图图4累计形变量图及平均形变速率图2020年9月下第18期总第342期 81丨工程设计施工与管理

China Science & Technology OverviewTime Series iPlotTime Senes iPlot4(

3

2

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olar-17 17-Dec-17 13-Sep-18

Time Series iPkrt10-Jun-19 6-Mar-20ar-17

1017-Dec-17 13-Sep-18

Tifpe Series iPlot10-Jun-19 6-Mar-200图5研究区域形变曲线图（单位：mm)sanle>-510

10 Jun-19 6-Mar-20形变累计。图5为目标区域内选取的部分点位在研究时间

段内的累计形变量趋势图（从第一个时间点累计），从形

变曲线图中可以看出，目标区域形变量级非常小。综合分析以上成果，参考平均形变速率图和累计形变

可以认为研究区域在2017年3月至2020年3月期间保

持着相对稳定的状态。保障。这是工程勘察设计中一项迫在眉睫而又意义深远的

工作。参考文献学,2014.量图中未发现研究区域中存在异于其他地区的明显形变，

U]何平.时序InSAR的误差分析及应用研究[D].武汉:武汉大

[2]

刘国祥.永久散射体雷达干涉理论与方法[M].北京:科学出版

社,2012.5.结语随着新型高分辨率和短重访周期的SAR传感器的发

射，时序InSAR技术能够获取更高时空分辨率的地表形

变信息，在滑坡灾害监测与防治工作中具有广阔的前景。

开展InSAR技术在山区铁路公路滑坡地质灾害调查中的

应用，在地质灾害识别、调查、稳定性分析、监测预警等

领域发挥重要作用。通过进行滑坡早期识别和活动性监测

调查，为地质选线提供依据，并对线路周边潜在和已有滑

坡灾害进行评估和稳定性监测，为工程建设提供安全性[3] Berardino P,Fornaro G,Lanari R,et al.A new algorithm for

surface deformation monitoring based on small baseline

differential SAR interferograms[J].IEEE Transactions on

Geoscience & Remote Sensing,2003,40(ll):2375-2383.[4] Ferretti A,Prati C,Rocca is of Permanent

Scatterers in SAR interferometry[C]//Geoscience and

Remote Sensing Symposium,

2000 ,2000(2):ation of Time Series InSAR Technology in Slope Monitoring along HighwayLIU Yuxin(China Railway First Survey and Design Institute Group Co.,Ltd., Xi'an Shaanxi 710043)Abstract:As an emerging remote sensing deformation monitoring method, InSAR technology has its unique advantagesand characteristics in landslide and debris flow monitoring. This paper takes a certain area of the Pengshui-YouyangExpressway as an example, uses the SBAS time series InSAR technology to calculate the regional deformation of the area

within three years, evaluates the potential and existing landslide disasters around the road and monitors the stability for

the safety of the words:InSAR;geological disaster;monitoring;highway82

2020年9月下第18期总第342期

本文标签： 区域形变监测研究影像