摘要：基于北京地区29景2018年1月3日至2018年12月29日的Sentinel-1数据，利用SARScape软件采用PS-InSAR技术获取地表沉降信息，获取的沉降成果精度可以达到毫米级别。对实验结果分析得出：（1）北京市三环内区域内沉降差异性特征明显，而且形状大小不一；（2）西城区沉降部分地区出现小面积的沉降，沉降区域多为高层建筑与地下设施密集；（3）东、西城区地层都比较稳定，均未出现大面积沉降，其最大沉降速率为-5.863mm/y。
关键词：Sentinel-1A影像；永久散射体干涉测量技术；地面沉降分析
1 引言
目前，地面沉降已经成为危害人类生命财产安全的灾难之一，地面沉降在全球普遍存在。各个国家的专家学者特别在意地面沉降的一系列问题[1]。进行变形监测的技术方法主要分两类：一类是以传统点线方式测量为主，即运用水准测量、GPS测量等，另一类以影像解析方式为主，即摄影测量、合成孔径雷达干涉测量等。合成孔径雷达干涉技术在国内外近几十年
来的灾害与环境监测范畴中起到了越来越重要的作用[2]。如今，研究地面沉降、地震等引起的地表形变的最常用技术方法就是时间序列InSAR技术，并且朝着常态化运转、产业化应用的趋势发展。
2 PS-InSAR原理
PS-InSAR方法是指在一组长时间序列相干SAR影像内一般选取高相干性且较为稳定的永久散射体(PS)[3],并且挑选出的PS点很少受时空相干的影响,通过解析PS点之间的相位构成,再根据相应的相位分量之间的时间频率差异特性,将大气相位从中分离出来,以获得可靠的地面变形信息。近些年来,使用PS-InSaR技术方法监测地面沉降已取得在世界不同地区的比较好的效果,实验得到的结果与外业实测结果相差不大，而且所获得的结果可靠性高,因此该方法的实际应用价值。
2 实验处理
2.1研究区及数据概况
北京位于东经115.7°—117.4°和北纬39.4°—41.6°。北京地理位置位于上我国华北平原北部。
北京的地形西北较高，东南较低[4]。研究区域为北京三环内，范围是东、西城区及海淀区、丰台区、朝阳区的部分区域，研究区域由于经济相对较为发达，因此含有各种高层建筑和地下设施。本文采用29景由2018年1月3日到2018年12月29日的Sentinel-1A卫星数据及其相应精密轨道数据与SRTM 90m DEM数据。Sentinel-1A卫星是2014年4月发射的欧洲哥白尼计划空间部分(GSC)专用卫星系列，由欧洲委员会(EC)和宇宙机构(enasa)共同进行开发[5]。卫星距地高度为693km，重返周期为12天，卫星的设计使用年限为7年（预期可达到12年）。
2.2 SARScape软件处理数据
通过哥白尼数据中心下载能覆盖北京市的Sentinel-1A卫星SAR影像数据，与相应轨道数据和SRTM数据，使用ENVI的SARScape插件工具，将哨兵一号卫星数据产品转化成软件标准数据格式。由软件导入的数据可以是星载或机载SAR数据、光学数据、一般TIFF格式的数据、高程数据（DEM）、矢量数据等，并且这些是数据可以标准格式或者通用二进制格式[6]。使用SARScape的SAR和DEM剪切工具分别对参考DEM与SAR影像数据产品进行裁剪，从而得到研究区域影像。然后通过软件内置的PS-InSAR数据处理流程，对研究区影像
的预处理数据进行生成连接图，干涉测量，第一步反演，第二步反演，地理编码等步骤成功完成PS-InSAR数据处理。
3.实验成果时间与空间分析
实验处理结束后，在研究地区内一共选取了1034902个PS点，点位绝大部分位于建筑物、高速路等干涉。利用SARSscape的时序分析工具进行时间分析，其结果表明：研究区域的西城区的阜成门南顺城街、金城坊西街、上园村路等附近沉降量超过-83mm，其中阜成门南顺城街达到最大沉降量为-142.25mm。西城区的太平桥大街、武定侯街、金融大街、阜成门内大街附近的沉降速率相对比较高，东西城区的沉降速率最高是阜成门南顺城街，其值为-5.86mm/y，主要原因是该地区高层建筑与地下建筑密集。图1为阜成门南顺城街附近两个点的时间分析。
图1 南顺城街附近部分时间分析
图2 研究地区空间分析
结合实际情况与实验的出来的数据可以得出，研究区域间存在沉降分布不均匀的情况，朝阳区的地面沉降相对比较严重，其最大沉降速率为-18.97mm/y，东西城区区域由于地层比较稳定，且近几年没有大面积施工，因而其地面沉降速率较小，最大沉降速率为 -5.86mm/
y。北海、中海、南海等水域沉降速率出现了较大的变化情况，其原因主要是由于该区域水位因季节变化导致沉降量快速变化；沉降量为正值地区多为树木茂密区域。
3.结论与展望
本文通过对哨兵一号数据进行PS-InSAR方法分析，获取了北京市三环内区域的形变结果，从中分析了研究区域的沉降趋势。虽然有了一些进展，但是仍然存在着需要解决的困难，主要问题如下：
PS-InSAR方法是对密集分布PS点执行迭代回归或网平差计算，因而运算需要很长的时间，因此在大面积区域，不宜使用高分辨率的地面沉降监测。在农村或树木繁茂的区域几乎没有相干的PS点，其中植被几何形状或湿度的变化导致相位去相关并且难以选择相干点。
此外，大气对流层和电离层的不断变化引起参数改变，地势发生猛烈变化的地区去相关引起的相位噪声，在繁杂地势条件下进行的相位解缠和地貌快速纠正等问题，依然是PS-InSAR监测的当下不能解决的困难,在严重的情况下，会得不到可靠的监测结果。因此说，PS-InSAR技术方法依然还有着许多待解决的技术难题。
参考文献
[1]周鑫.西安地面沉降与深部黏性土流变关系初探[D].桂林:桂林理工大学,2012.
[2]韩爱国.国外先进武器装备及关键技术[M].西安:西北工业大学出版社,2007.
[3]范军,左小清,李涛等.PSInSAR和SBASInSAR技术对昆明主城区地面沉降监测的对比分析[J].测绘工程,2018,v.27(06):53-61.
[4]王佳佳.京津冀地区高速铁路对区域经济影响研究[D].北京:首都经济贸易大学,2017.
[5]张雯.基于多源遥感数据的冰川信息提取方法研究[D].兰州:兰州交通大学,2016.
[6]倪杰.济宁市采煤塌陷区动态监测与综合治理研究[D].济南:山东师范大学,2017.桂林理工大学怎么样
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