地质灾害

地质灾害InSAR监测主要任务如下： a）SAR数据覆盖范围内具有缓慢变形要素的多种地质灾害综合识别。 b）工作目的设定的地质灾害时空变形信息获取。 c）变形监测结果精度评价及质量控制。 d）识别和监测结果综合验证。 e）地质灾害发育规律和灾害体稳定性分析

利用InSAR技术开展地质灾害监测的工作流程主要包括技术设计、数据获取、数据处理、精度 评估、质量控制、结果分析、成果编制与提交七部分。

4.3.1.1应分析地质灾害特征和监测条件，比较各种变形监测方法的优缺点，充分了解InSAR技 术对拟监测对象的适用性，提出采用InSAR技术的依据，参考附录A。 4.3.1.2应根据地质条件及SAR数据源，在工作之初明确地质灾害InSAR监测拟获取的变形信 息（如：覆盖区域、变形量、位移方向、变形范围、变形速率等）、达到的精度、成果的表达形式、最终要 解决的问题等，使其与工作目标、数据条件和成本相匹配

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4.3.2.1应收集监测区SAR数据存档信息，监测区在轨SAR数据参数、在轨状况和编程定制规 则，监测区光学遥感图像，监测区域数字地形图和DEM。 4.3.2.2应搜集监测区地质灾害调查和已有监测成果资料，监测区地层岩性与活动断裂，监测区及 周边的地震、降水、人类工程活动情况等资料

4.3.3地质背景分析

4.3.3.1应根据搜集到的客类资料，分析地质灾害形成条件和SAR成像特点，为1nSAR监测数据 选取、处理方法、参数确定和监测结果地质分析提供参考依据。 4.3.3.2地质背景分析应考虑地质灾害的类型、时空发育特征、发育阶段、灾害发生的时间段、灾害 体的变形梯度、地形、植被、气候、地层岩性、地震和活动构造、SAR数据干涉条件、人类工程活动等 因素。

4.3.4技术设计书编写

4.3.4.1开展地质灾害InSAR监测之前，应编制独立的技术设计书。 4.3.4.2技术设计书应包括下列内容

4.3.4.1开展地质灾害InSAR监测之前，应编制独立的技术设计书

a）任务来源及目的、意义。 b) 监测区地质背景及InSAR技术适用性分析。 c SAR数据选择及数据处理方法。 d) 监测数据精度要求与质量控制措施。 e) 监测结果验证方式和方法。 地质灾害区域发育规律和地质稳定性分析方法。 g 人员组成、任务分工及工作进度安排。 h) 预期提交成果。 1) 成果资料检查验收方案。 J 监测工作部署图。

4.4.1InSAR监测类型及对应的数据要求

InSAR监测精度按从低到高可分为4个级别，与之对应的SAR数据空间分辨率、数据类型、数 据量及精度宜满足下列规定： a） 灾害集中区发现（Discovery）：分辨率优于40.Om，以扫描模式SAR（ScanSAR）数据模式或 递进地形扫描SAR(TOPSAR)数据模式为主，所需景数不少于2景，分米级至米级精度。 6 灾害空间分布探测（Detection）：分辨率优于20.0m，以条带模式（Strip）为主，所需景数不 少于2景，厘米级至分米级精度。 灾害变形规律识别（Recognition）：分辨率优于15.Om，以聚束模式（Spot）和条带模式 （Strip）为主，所需景数不少于8景/a，毫米级精度。 d）灾害发育特征确认（Identification）：分辨率优于5.Om，以凝视模式（StaringSpot）和聚束模

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式（Spot)为主，所需景数不少于20景/a，总数不少于40景，亚毫米级精度。

4.4.2SAR数据选取基本原则

4.4.2.1应根据监测目的和监测对象特点，结合监测区SAR数据接收情况，获取存档数据，编程定 制工作周期内的SAR数据，现有可供选择的主要星载数据源详见附录C。 4.4.2.2SAR数据选择具体考虑的因素有：灾害体变形量值、位移方向、地表变化、地形坡度、空间 范围、时序特征以及所需监测精度、监测时间长度和监测模式等。 4.4.2.3应根据监测区内最大变形量和变形梯度公式（1)换算工作区内所需SAR数据的数量、数 据幅宽、波长、重访周期、分辨率、成像模式（聚束、条带、扫描）等参数，

式中： dmx—相邻监测点间年最大变形量； Nr—雷达在一年内最大的重复次数 入一雷达波长。

dmax = (N1)·

式中： dmx一相邻监测点间年最大变形量； N一一雷达在一年内最大的重复次数； 入一一雷达波长。 4.4.2.4当区内最大变形量超过理论最大变形梯度时，可考虑更换数据类型，采用增大雷达波长 缩短重访周期、增加像元空间分辨率等方式。 4.4.2.5当预订顺轨方向同一期的SAR数据2景及以上时，宜选择长条带数据；如果按照单景定 制，同期相邻两景影像重叠度应超过15%影像长度，跨轨数据相邻两景影像间重叠度应超过15%影 像幅宽。 4.4.2.6生成优于10mm监测精度成果，SAR数据量宜不少于8景/a，生成非线性变形监测成果， 数据量宜不少于16景/a。 4.4.2.7以1：10万比例尺图件表达InSAR变形成果宜采用分辨率优于15m的SAR数据，以 1：25万比例尺图件表达InSAR变形成果宜采用分辨率优于30m的SAR数据。 4.4.2.8雷达波入射角的选择，以雷达视线向与最大位移方向夹角最小为优，尽量避免山体阴影 叠掩、透视收缩等成像扭曲现象。 4.4.2.9首选同极化SAR数据，次选交叉极化SAR数据。

4.4.3辅助数据选择

4.4.3.1进行数据处理前，应选择适当的辅助数据，主要包括InSAR数据处理所需要的DEM、 果底图、部分SAR卫星精密轨道

4.3.1进行数据处理前，应选择适当的辅助数据，主要包括InSAR数据处理所需要的DEM、成 底图、部分SAR卫星精密轨道。 4.3.2DEM数据应满足以下要求： a）宜选择分辨率优于SAR影像分辨率的DEM数据，在不能获取高分辨率DEM的地区可使 用SRTMDEM等中低分辨率数据。 b） DEM数据在空间上应保持一致，无跳变和空洞，如发生质量问题，当面积不超过20%时宜 用其他数据补充，当面积超过20%时宜更换数据。 选用的DEM比例尺应不低于InSAR监测成果比例尺。 d DEM数据的现垫性应与SAR数据时相接近

4.4.3.3可将地形图中高程点和等高线转换成

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术规定》（DD201501）。 野外实地调查检验地质灾害变形破坏特征的评估方式参见《滑坡崩塌泥石流调查技术规范 （1：5万）》（DZ/T0261—2014）、《1：5万岩溶塌陷调查规范》（DD2012—03）、《地面沉降 调查与监测规范》（DZ/T0283一2015）、《地裂缝调查规范》（DD2015一08）。 4.6.3精度验证数据宜与InSAR监测成果在时空上一致，且在空间上分布均匀，精度验证应符合 岩土工程监测规范》YS5229一96）。

4.7.1质量过程控制

质量控制应贯穿地质灾害InSAR监测工作全过程，包括下列内容： a）地质灾害InSAR监测方案设计审查。 b) 数据处理过程文件汇交备查。 数据处理结果精度评估。 d) 地质分析结果野外抽查。 地质灾害InSAR监测成果评审

4.7.2数据处理质量控制

4.8监测结果综合分析

4.8.1区域地质灾害及单个灾害体InSAR监测结果应与地质调查 行可靠性验证。 4.8.2应根据地质灾害的位置、规模、影响因素、灾害前兆、灾害区的工程地质和水文地质条件以及 稳定性验算结果等综合判定，并分析发展趋势和危害程度。 4.8.3综合分析的要素宜包括区域地质灾害的发育分布、活动构造、地层岩性、地形坡度和坡向、浅 表层地下水分布和开采情况、工程活动等。 4.8.4综合分析方法宜采用彩色渣染、动态显示、空间分析、剖面线分析、等值线分析、变形面积统 计等技术。 4.8.5监测结果分析过程中应注意：InSAR位移速率主要反映垂直变形及部分近东西向变形，对南 北向变形不敏感：大气与轨道误差导致的趋势性变形误差，勿与构造变形误差混淆。

4.9.1InSAR监测工作结束后，应编制专门的成果报告和图件并及时提交

4.9.1InSAR监测工作结束后，应编制专门的成果报告和图件并及时提

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InSAR监测成果应包括报告、图件、数据等

5InSAR技术作业流程及要求

InSAR技术的选择应根据监测对象、应用环境 率、技术复杂程度等因素综合确定，可参照附录E。

5. 1. 1 基本流程

5.1.2.1主影像选择和影像组合

InSAR数据处理基本流利

在满足空间基线和时间基线要求的前提下，SAR主影像的选择及影像组合生 的步操应 符合如下规定： a）计算所有影像像对的时间和空间基线，生成时间和空间基线分布图。 b）选择设计工作周期内空间基线尽量短的像对，宜选择时间早的影像作为主影像，

1.2.2影像配准和裁享

下规定： a）选择配准算法，设置配准参数，对每个像对进行配准计算。 b）主、辅影像配准时要求方位向和距离向误差均小于0.25个像元，且计算配准多项式的同名

点应在整景影像上均匀分布。 c）所有配准影像裁剪后的公共区域应大于或等于设计的监测工作范围，如有缺失应及时补充数据。

5.1.2.3DEM与SAR影像配准和裁剪

将DEM与选好的主影像进行配准，并将DEM范围裁剪成与主影像范围一致，具体步骤应符合 如下规定： 应对DEM采样成与主影像一致的分辨率。 b） 将DEM与主影像进行配准，配准精度应优于0.5个像元。 依据配准关系式，计算生成DEM坐标系到SAR影像坐标系的转换查找表。 依据转换查找表，利用多项式拟合算法，将DEM转换到SAR影像坐标系，生成影像坐标系 下的DEM

5.1.2.4干涉相位计算

对已配准主、辅影像进行前置滤波，并计算生成十涉图，具体步骤应符合如下规定： a）前置滤波。在频率域，截取主、辅影像的公共频带进行前置滤波，生成滤波后的主、辅影像。 b）干涉相位计算。对已经过前置滤波的主、辅影像像元对进行复共轭相乘，生成干涉相位值， 逐像元计算生成干涉图，

5.1.2.5相干系数计算

依据相干系数计算公式，对经过滤波的主、辅影像差分干涉像元，选择窗口大小，逐像元 干系数，生成相干图。

5.1.3差分干涉计算

5.1.3.1平地与地形相位去除

5.1.3.2差分干涉图滤波

5. 1. 3.3相位解缠

对相位缠绕的差分干涉图进行解缠，具体步骤应符合如下规定： a）宜采用空间域二维相位解缠方法，主要包括枝切法、最小费用流法等。 b)干涉图整体相干性较低时，宜采用基于不规则格网的最小费用流法，依据相干图对相干系 数大于0.4的像元进行相位解缠。 干涉图整体相干性较高时，宜采用枝切法进行相位解缠。对于不连续的“孤岛”区域，可采 用手动连接方式设定枝切线，连接解缠区域。 d 目视检查解缠结果质量。解缠后相位图的幅度值是否连续、有无跳变存在；无解缠结果区 域是否为低相干区域，水体、阴影区、叠掩区等不合理地区是否在计算差分干涉步骤中被掩 膜，且不被计算。

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5.2.2.3DEM与主影像配准和裁剪。将DEM与主影像进行配准，并将DEM范围裁剪成与主影 像一致。具体步骤见5.1.2.3。 5.2.2.4干涉相位计算。将所有主、辅影像前置滤波，计算干涉相位，生成干涉图。具体步骤 见5.1.2.4.

5.2.2.3DEM与主影像配准和裁剪。将DEM与主影像进行配准，并将DEM范围裁剪成与主影

5.2.2.5PS点月标选取

对时间序列干涉图集的像元进行PS点目标筛选。具体步骤应符合如下规定： a）PS点目标识别。SAR数据PS点目标的识别宜采用幅度离差指数法、信噪比法等方法。 结合监测区地物类型，宜选择一种或多种方法，以提高PS点目标识别的准确性。 b) PS点目标干涉相位序列生成。将满足上述条件要求的点目标从干涉图集中提取出来，生 成PS点目标的于涉相位序列，

5. 2.3差分干涉计算

5.2.3.1平地和地形相位去除。对由PS点目标组成的干涉图，进行平地和地形相位的去除，具体 步骤应符合5.1.3.1的规定。 6.2.3.2空间基线改正。目视检查每景差分干涉图，若含有残余干涉条纹超过半个波长，计算空间 基线残余相位并去除。具体步骤应符合下列规定： a）利用二次曲面模型对差分干涉图进行空间基线粗估计，得到空间基线的粗估计相位；再利 用差分干涉图中差分相位减去粗估计相位，得到残余相位。 b） 利用快速傅立叶变换对残余相位进行估计，得到残余基线相位。 将步骤a)中空间基线粗估计相位加上步骤b)中的残余基线相位，得到改正的空间基线 相位。 d 利用改正的空间基线相位，对5.2.3.1中的平地相位去除残余平地相位，计算得到改正后 的平地相位和干涉图集

5.2.4时间/空间域变形估算

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5.3.2.1SAR主影像的选择和像对组合工作步骤应符合下列规定： a）计算所有影像对间的时间和空间基线，生成时间和空间基线分布图。 6） 采用时间和空间基线均满足给定阈值的像对组合生成差分干涉图集，在满足空间基线和时 间基线要求的前提下，不应超过极限基线距的30%，C和X波段空间基线阈值宜定为 300m，L波段空间基线阅值宜定为500m；时间基线根据监测对象的变化特征而定，时间基 线越短越好，最大时间阈值不宜超过3a。 5.3.2.2所有SAR数据对一景影像进行配准、裁剪，并组合生成时间序列干涉图集，具体步骤 如下： a） 选择非夏季、时空基线尽量居中的影像作为配准参考影像，所有影像对其进行配准。配准 方法应符合5.1.2的规定。 b）将所有数据裁剪成一致的区域，剪裁要求见5.1.2.2。

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c）对所有配准好的十涉像对，按时间和空间基线限制条件，选择像对组合。逐像元计算十涉 相位，生成时间序列干涉图集。 5.3.2.3将DEM与配准参考影像进行配准，将DEM范围裁剪成与配准参考影像一致区域。具体 步骤应符合5.1.2.3的规定。 5.3.2.4将所有主、辅影像前置滤波，计算干涉相位，生成干涉图。具体步骤见5.1.2.4。 5.3.2.5相干系数计算。具体步骤见5.1.2.5。 5.3.2.6相干点目标选取。对时间序列干涉图集的像元进行相干点目标的筛选，具体步骤应符合 下列规定： a）相干点目标选取。相干点目标的识别可采用5.2.2.5中的PS点目标筛选方法，也可根据 时间序列相干系数统计值选取。 相干点目标干涉相位序列生成。将满足上述条件要求的辅影像与主影像进行相位干涉处 理，提取相干点目标的干涉相位序列图。

5.3.3差分干涉计算

5.3.3.1平地和地形相位去除的具体步骤应符合5.1.3.1的规定。 5.3.3.2差分干涉图滤波的具体步骤应符合5.1.3.2的规定。 5.3.3.3相位解缠的具体步骤应符合5.1.3.3的规定。

5.3.3.1平地和地形相位去除的具体步骤应符合5.1.3.1的规定

5.3.4时间/空间域变形估算

对干涉图的差分干涉相位应进行时间域的线性变形相位估计，如有特殊要求，还应进行非线性 变形相位估计，去除大气、噪声等残余相位，得到点目标的时间序列变形相位。计算步骤应符合下列 规定： a 相邻点间参数估计方法应符合5.2.4a）的规定。 b) 线性变形相位和残余高程计算方法应符合5.2.4b)的规定。 残余相位低通滤波。从差分干涉相位中减去步骤a)中两项相位分量后得到残余相位，对残 余相位进行空间域低通滤波得到滤波后的残余相位。 d 奇异值分解处理。根据短基线像对组合关系，对步骤b)得到的滤波后残余相位进行奇异 值分解（SVD)处理，求解每个影像对应时刻的大气相位和非线性变形相位。 e） 大气相位和非线性变形相位计算。对奇异值分解得到的大气相位和非线性变形相位进行 空间域高通滤波，得到大气相位，并对滤波后的相位序列进行时域低通滤波，得到非线性变 形相位。 f 时间序列变形相位计算。将步骤b)中线性变形相位和步骤e)中非线性变形相位相加，结合 时间基线参数，得到每个相干点目标的时间序列变形相位

a）CR基准点应固定在稳定且易长期保护的区域，基座和拉线亦应保持长期稳

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固定。 c）应保证CR的指向和方位长期不变，且拉线和基座应位于同一变形体上。

5.4.3CR安装环境要求

a）CR点位应远离大功率无线电发射源和高压输电线，距离分别不小于200m和100m，对于 容易产生多路径散射的物体，一般要远于100m。 b CR点位附近不应有强烈干扰接收卫星信号的物体，并应远离镜面建（构)筑物、正对的坡面 强反射体。 c）CR应安置在背景反射特性较弱的地方，以便于在SAR影像中提取其位置，

5.4.4CR的设计与安装

a） CR在制作时，需根据周围地表的反射特性及雷达入射波长，合理选择制作类型和设计 尺寸。 b 应根据附录F.3计算雷达后向散射横截面，确定信号反射强度。 C CR有单面形状为等腰直角三角形和正方形两种，宜选择等腰直角三角形CR，边长为1m 的三面角反射器的几何结构和参数参见附录F.1。

5. 4. 5 CR的制作

CR的制作应符合下列要求： a）为实现高反射性和高反射效率，需要选择表面光滑、导电性好的材料。 b）材料宜选择铝板和镀锌铁皮双层结构，铝板厚度取3mm，外加镀锌铁皮（1mm厚）以保护 反射面（铝板），边侧加三角角钢加固。

c）确保三块金属板之间的相互垂直关系，要求角度加工公差不超过士1°。 d）CR棱边设置了三个活动关节，通过伸缩杆来调节CR的仰角。 e）在CR顶底处设置一漏水孔，使CR不至于积水影响其反射路线。 f）获得最大反射截面（RCS），应符合附录F.3的规定。 根据雷达数据轨道信息来调整角反射器的底边方位角，并使角反射器的底边与卫星飞行方 向平行，见附录F.2。 h）应注意保证CR在野外可以微调（方位角和仰角方向），并要保证其具有稳固性

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5.5.2.3宜选取拍摄时间早的SAR数据作为主参考景影像。

5. 5.4 变形量显示

5.5.4.1应将偏移像素值转换成以“米”为单位的距离向变形量、方位向变形量和地表变形量，用于 准确性评估和质量控制 5.5.4.2基于先验知识，判定相干性和准确性达不到质量控制要求的，应重新设定匹配窗口和计算 步长，再次计算。 5.5.4.3对于满足质量控制要求的偏移结果和匹配相干性图件进行地理编码。

5.6其他InSAR方法

5. 7. 1 变形量计算

5.7.1.1视线向变形量计算

式中： —雷达波人射角（°）

5.7.1.3视线向变形量水平向转换

依据雷达人射角，将LOS变形量△r转换为水平向变形量d，

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可利用DEM产品进行地理编码，具体步骤应符合下列规定： a）利用建立的坐标系查找表，完成监测成果由SAR影像坐标系到大地坐标系的变换，即对监 测成果变形量进行地理编码。 b） 集合所有地理编码后的点目标，将变形量的时间单位换算成年，生成年度变形速率，逐像元 计算生成地质灾害体速率图

5.7.3变形速率基准修正

地理编码后点目标的灾害体变形速率应利用GPS、全站仪、水准等地面高精度控制点数据修正 基准，具体步骤应符合下列规定： a）以同期地面测量结果作为基准参考，在临近点上计算点目标变形量与实测量之间差值的平 均值，即与实测变形量之间存在的整体偏差值。 b）将上一步得到的整体偏差值加人每个点目标的变形值，修正因参考点不统一产生的InSAR 结果变形量的整体偏差，完成基准修正。

dinsARdcPS

=dinSARdLevel dLevel =VLevel cosO [] (8

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O 变形中误差； 外部测量点数角钢标准，应满足样本统计需要

6.1.1监测对象的变形特征