雷达卫星监测毫米级地面沉降 - 沉降监测

雷达卫星监测毫米级地面沉降

背景

近年来，地面沉降成为一种普遍而又日趋显著的地质现象。近几十年来，中国的城市地面沉降现象日趋严重，沉降城市及面积都在不断扩大，迄今为止已有96个城市和地区发生不同程度的地面沉降，这种情况在我国的天津、上海等城市显得尤为突出。

地面沉降将对沉降区的生态环境、基础设施等产生严重的影响。例如地面下沉的不均匀性容易使地表建筑物倾斜、墙壁开裂，甚至引起建筑物的倒塌；地面沉降易造成路基变形下沉、地裂缝，使城市地下设施、公路、铁路遭受不同程度的破坏，影响城市间的交通运输；地面沉降会使沿海城市的防汛堤墙高程降低，海平面相对抬升，容易造成海水入侵，大大降低沿海城市的防汛能力。

解决方案

传统的地面沉降监测方法如精密水准测量、GPS测量，虽然测量精度高，但是无法满足大尺度面域上的地面沉降监测，且易受气候条件的限制。合成孔径雷达差分干涉测量（D-InSAR，Differential SAR Interferometry）技术解决面域监测难题，同时其雷达视线向上形变测量精度能达到厘米级甚至毫米级，具有高分辨率、不受云雨条件限制、数据获取周期短的特点，能最大程度地实现大尺度面域地面沉降的实时动态监测。永久散射体干涉测量技术（PS-InSAR）是所有基于独立点散射体进行形变时序分析技术群的总称，该技术在长时间范围内选择相位和幅度变化都稳定的信号（PS点）作为研究对象，从这些点上反演研究区的形变信息，克服了传统D-InSAR技术的缺陷，避免时间和空间去相干，是目前一种先进的技术方法。目前PSI技术已被广泛应用于地面沉降、火山活动、冰川移动、滑坡以及地震等灾害性地表形变的监测与调查。

基于PS-InSAR的地表形变监测

COSMO-SkyMed具有全天候、全天时动态连续对地观测能力，具有一定的地表穿透性，对目标地物具有良好的空间位置、形态探测能力；雷达差分干涉测量技术能以厘米量级甚至更小尺度测量地表形变，还可以识别一些潜在的或未知的地表沉降信息；一次能覆盖几百至上千平方公里的范围，与常规地面沉降监测方法相比，能够大大降低人力、物力、财力支出。

上海地区COSMO存档干涉数据

东方道迩利用PS-InSAR技术与其它研究手段和测量方法相结合，为上海、北京、天津等建设项目或者地区提供地面沉降监测数据，为城市规划建设提供科学数据支撑，对保障国家和人民生命财产的安全有着重要的作用。

上海地面PS平均速率

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雷达卫星星座COSMO-SkyMed由4颗卫星组成，共5种成像模式，1米分辨率，具有全天时、全天候对地观测能力。