基于DInSAR和PSInSAR技术的台湾北部地表形变监测外文翻译资料

英语原文共 15 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

基于DInSAR和PSInSAR技术的台湾北部地表形变监测

Chung-Pai Chang1, 2, *，Jiun-Yee Yen 3，Andrew Hooper 4，Fong-Min Chou1, 2，Yi-An Chen 5，Chin-Shyong Hou 6，Wei-Chia Hung 7，林明生 5

摘要：我们使用ERS-1，ERS-2和ENVISAT SAR图像研究了台湾北部地区的表面变形，包括台北盆地及其周围山区。在过去十五年，尽管台北盆地现已发展良好，并且可以使用差分干涉合成孔径雷达（D-InSAR）技术进行研究，但盆地周围的山区在不同季节会覆盖着各种植被，导致在干涉图中产生高噪声比，所以D-InSAR技术对这些区域地表形变的观测是无效的。因此，我们利用PS-InSAR技术来提取本研究中所选PS点的相位信号。分析结果表明，PS-InSAR技术在盆地和山区中都可以成功地减少大气扰动和DEM残差，并且能有效获得准确的地表变形信息。结合D-InSAR和PS-InSAR结果，我们在台湾北部监测到明显的变形事件，包括：西部山麓，大屯火山，林口台地和桃园地区的轻微隆起;台北盆地边界的沉降;台北盆地中部相对轻微的隆起反弹DInSAR，PSInSAR及其相应的水准数据之间的进一步比较显示了非常巧合的模式，并且可测量地改善了雷达干涉测量的真实性。

关键词：D-InSAR，PS-InSAR，ERS，ENVISAT，表面变形，台北盆地，台湾北部

一、引言

台湾位于欧亚板块的东南外围和菲律宾海板块之间，这两个板块产生了非常活跃的构造运动，这是由高地震活动性和高变形率所表现出来的（例如，Ho 1986; Tsai 1986; Yu et al.1997）。台北，是台湾人口最稠密的地区，也是台湾的政治和经济中心。在台北盆地北部，在大约5 Ma处吕宋火山弧与欧亚大陆边缘碰撞后，大屯火山被认为是更新世期间的伸展坍塌产物（图1;滕1990）（图1a和b） ）。20世纪90年代，日本九州岛上的云仙火山和吕宋岛中部的皮纳图博火山爆发（例如，Bautista 1996; Newhall等1996; Spence等1996; Nakada等1999; Yamashina和Shimizu 1999）。无论是云仙还是皮纳图博火山，大屯火山爆发都是一个需要讨论的问题。此外，据报道盆地内和周围有几处断层（图1）。为了了解构造活动，减轻台北盆地潜在的地质灾害，监测该盆地内外的地表变形是重中之重。

在过去几年中，差分干涉合成孔径雷达（D-InSAR）已被证明是监测新构造活动和自然灾害的有效技术（例如，Zebker等人1994；Mas-sonnet和Feigle 1998； Chang等人，2004）。DInSAR技术的高空间采样率允许研究具有亚厘米精度的表面变形，我们的研究目的是应用星载D-InSAR来确定台北盆地地区的地表变形，并讨论变形模式与周围断层之间的关系。因此，我们选择了从1993年到2005年获得的18张ERS-1和ERS-2 SAR图像来生成10个台湾北部地区的差分干涉图。台北盆地周围的山区在不同季节覆盖着各种盛开的植被（见图1a），这会在干涉图中产生高噪声比，并大大降低D-InSAR技术的效率。因此，在本研究中，我们应用新开发的Persistent Scatterer（PS）InSAR技术来确定表面变形。以下各节将介绍这两种技术的过程细节和结果。需要注意的是，虽然雷达干涉测量可以用作具有高空间采样密度（约100像素/km²）的有效大地测量工具，但仅提供卫星视角的相对倾斜范围变化，雷达干涉测量结果不能被视为真实的表面变形，需要与其他大地测量数据（如GPS和精确水准测量数据）进行比较，以更全面地了解区域变形。

图1.（a）台湾北部地区的形态。SPOT卫星图像的阴影图片（国家大学空间与遥感研究中心数据，2006年）。台北盆地的形状几乎呈三角形，南部和东部是西部山麓，北部是大屯火山，西部是林口台。一些黑线标记的断层线包括：（1）金山断层;（2）山iao断裂;（3）看错故障;（4）台北断层;（5）新创断层;（6）南康断裂。在中央地质调查局的报告（Lin et al.2000）之后，只有金山和山下是活动断层（白色实线）。（b）台湾北部地区的广义地质。改编自台湾地质图（中央地质调查局出版）等地图。

二.D-InSAR差分干涉法

2.1方法和数据采集

为了检测表面变形，首先我们应用了D-InSAR技术。该方法通过使用雷达信号的相位信息作为从复杂雷达数据导出的附加信息源来提取表面信息。由于该方法用于绘制与大地震相关运动的巨大潜力，使用InSAR监测地表变形过程已引起相当大的关注（例如，参见Zebker等人1994; Massonnet和Feigl 1998; Pathier等人2003; Chang et al.2004）。在台湾北部，我们研究区的构造活动相对较小，不易确定。而对于平坦和发育良好的区域，如台北盆地占据研究区域的中心部分（图1），由于敏感特征，D-InSAR技术有望显示出轻微的变形特征。

在这项研究中，所有使用的图像都是从欧洲太空机构ERS-1和ERS-2卫星观测得到的。差分干涉图处理是通过使用两遍方法应用DIAPASON软件完成的。采用台湾林业局数字高程模型（DEM），从1:5000地形图中提取，网格间距为40米，平均高程精度为1米，对地形贡献进行校正。具体处理流程如图2所示，在不同时间采集的两个雷达图像之间的相位差产生称为干涉图的干涉图（Massonnet和Feigl 1998），加载在ERS-1和ERS-2卫星传感器上的是C波段雷达。因此，在所得干涉图中从红色到蓝色的过渡（一个总相位变化）中的每个周期表示在距离卫星与地球表面的长度减小（或增加）28mm。为了清楚地呈现我们的结果，我们使用SNAPHU软件进行干涉图展开（图2），对于超过28 mm的变形，我们在此展开过程之后可以获得倾斜（雷达视距）距离位移结果。

图2.本研究中使用的DInSAR分析的处理流程图。主要过程包括：原始数据处理，SAR图像处理，差分干涉测量处理，图像滤波处理，相位展开，堆叠处理。采用DIAPASON软件，采用双通法进行SAR图像和差分干涉测量;并且，代尔夫特地球空间研究所（DEOS）发布的台湾数字高程模型和精确轨道模型已被用于校正地形贡献。

本研究中使用的所有图像属于ERS-1和2颗卫星的下降轨道461 /帧3105的场景。为了产生10幅差分干涉图，我们选择了1993年11月10日至2005年4月30日的18幅图像，其中所有垂直基线小于100 m（表1和图3）。短基线为模糊度提供了良好的高度，因此我们干涉图中轨道不确定性的相位贡献非常小。由于每次通过的卫星不完全重复相同的轨道，所以每个连续的图像样本是地球表面的略微不同的区域，为了比较相同的区域进行变形分析，必须通过将图像与一个参考图像（或“主图像”，参见表1）对齐来匹配图像。我们使用了代尔夫特地球空间研究所（DEOS）发布的精确轨道，以及比较两幅图像中像素幅度的算法，评估了移位和拉伸参数，然后将它们应用于重复的从属图像。它的精度优于5厘米。因此，它理论上可以避免由轨道引起的大多数误差（Chang et al.2004）。

2.2分析结果

每个图像对的干涉图如图4所示。结果表明台北盆地的微小变形可以隐约观察到。但是，它似乎随着时间的推移而改变。这可能是由不同的变形行为和技术不确定性引起的。事实上，有许多因素会影响干涉测量的结果；此外，还可以区分前面提到的轨道误差和非平稳性误差。非平稳性错误由两种类型识别。第一种类型类似于在有限范围内具有振动的噪声：例如，来自DEM的误差，由主图像和从图像引起的残余误差，以及由地面目标引起的误差。第二类非平稳性误差类似于地表变形。这类误差的分布与地面目标的特征无关。相反，它通常与大气条件有关。虽然无线电波可以穿透大气中的云层和水蒸气，但它在穿透过程中会衰减。在某些情况下，这种错误可以达到甚至超过干涉图中的边缘的0.4（Pathier 2003）。更多结果，这种误差在干涉测量结果中不易被识别，并且经常给D-InSAR测量带来最大的限制。

表1.：用于DInSAR分析的SAR图像对的参数。显示采集日期，间隔时间和垂直基线（B ）。Track = 461，frame = 3105。

图3.本研究中用于DInSAR分析的图像对。所有图像都是由卫星ERS-1和2在下行轨道轨道461，帧3105中获得的。交叉轴：采集时间;垂直轴和括号中的数字：以米为单位的垂直基线（B ）。

在这项研究中，为了抑制可能的错误，我们将观测周期缩小到极限。结果，从1993年冬季到2005年夏季，选择了具有合适基线条件（小于100米）的所有图像对（表1;图3）。所有图像对的干涉测量结果如图4所示。由于干涉图仅记录相对相位变化，因此无法直接识别对应于无变形的条纹。因此，我们在所有干涉图（台北盆地中心）指定了一个具有稳定反射信号的点来进行操作，然后堆叠所有未包裹的干涉图，以获得研究区域的平均倾斜范围位移场（图5a）。在这个堆积的地图中掩盖了具有低信号相干性的山区。（注意，本研究中的参考点是人为指定的；变形场显示相对但不是绝对值。）

在跨轨道位移受限的情况下，卫星倾斜范围方向的缩短主要表示土地抬升，并且伸长

以被认为是地面沉降。在台北盆地内部，由于相对水平位移非常小（Rau et al.2008），图5a所示的倾斜范围位移模式意味着台北盆地的中心被抬升（以暖色为负值）;盆地边缘相对消退（冷色调为正值）。Shanchiao，Kanchiao和Taipei故障的活动似乎对盆地内部的变形微不足道。

图4.台湾北部地区的微分干涉图。时间间隔和垂直基线如图3和表1所示。白线：断层线;蓝线：行政边界。

此外，我们还将我们的D-InSAR结果与工业技术研究所能源与环境研究实验室1992至2003年的精确水准测量结果（2001~2005年年度报告）进行了比较。通常，为了实现有意义的比较，需要将通过

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[18899]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

您可能感兴趣的文章

• 基于具有短时间基线的图像子集序列的永久散射体GB-SAR干涉法微形变监测：隔河岩大坝实例研究外文翻译资料
• 动态环境下RTK与PPP技术的对比分析外文翻译资料
• 在山地环境下进行水位提取的雷达和激光雷达测高任务的性能评价：以瑞士湖泊为例外文翻译资料
• 通过太空携带的激光测高法测量内陆水位：验证和比较在五大湖和密西西北河下游的三个任务外文翻译资料
• 虚拟三维城市建模技术与应用外文翻译资料
• 遥感影像变化检测方法研究进展分析外文翻译资料
• 数字高程模型的精度评估外文翻译资料
• 基于POI数据的城市中心识别与优化策略研究——以青岛市四区为例外文翻译资料
• 煤矿GPS沉陷监测技术及其应用外文翻译资料
• URTK:无差异网络RTK定位外文翻译资料