2018Esri開發競賽ENVI-IDL組作品欣賞-基於InSAR技術的海岸帶城市沉降監測
作品名稱： 基於 InSAR 技術的海岸帶城市沉降監測
作者單位： 廈門理工學院計算機與資訊工程學院
小組成員： 張蘭鑫、王棋、鄭璐瑤、盧梅英
指導老師： 李暉、滿旺
獲獎情況： 三等獎
作品概述
為了克服傳統差分干涉雷達在微小形變監測中受時空去相干以及大氣效應等負面因素的影響，本專案應用永久散射體 ( Permanent Scatters ， PS) 。以廈門海岸帶地區為例，選取 2015 至 2018 年間 Sentinel 1 衛星所獲得的 21 幅 SAR 影像，進行 ps 反演，得到時間跨度久，形變資訊豐富的檢測結果。
本專案的工作共包括兩個部分，第一部分是利用 ENVI/SARscape 平臺 SAR 資料集。進行 PS-InSAR 處理。分別成對組合和做差分干涉，併產生相位纏繞干涉圖；第二部分是對形變結果進行分析和實地驗證。
作品製作流程
1. 本研究擬採用歐洲空間局（ ESA ）發射的 S1A （ Sentinel-1A ）衛星資料分析廈門市區的地表形變；
2. 對哨兵資料和 dem 資料進行感興趣區域的裁剪；
3. 採用 PS 分別對 SAR 資料集進行地表形變反演；
4. 得到地表形變時間序列後，確定沉降漏斗；
5. 實地調查，驗證形變結果。
圖 作品製作流程
2.1 資料預處理
（1） 哨兵資料匯入
在 input file 面板輸入解壓後的哨兵檔案的 safe 檔案。
圖 import sentinel-1
再輸入影像對應日期的 eof 精軌檔案。
（2） 資料裁剪
對匯入後的哨兵資料進行裁剪，選擇要進行 ps 處理的區域
對 VV 極化方式進行裁剪，所以最後的結果是 VV 極化方式的資料，同樣包含 pwr 強度檔案和 slc 相位資訊的檔案。
2.2 PS
PS 技術用於分析點目標，其結果與線性形變相關。輸入影象的數量影響畫素相干性的估算，畫素相干性決定 PS 點的質量。因此推薦使用 20 景以上的資料參與計算，並且接收時 間要連續，最佳情況是一個月一景。 PS 技術適合用於城市區域，或者干涉條件和輻射比較 穩定的區域。 PS 技術可以探測到毫米級的位移，並推斷在時間段上的變形速度。
圖 PS 流程圖
（1） 連線圖生成
選擇一個超級主影像，根據設定的基線閾值對所有影象建立主 - 從關係，所有的資料都 將配準到一個主影象，這個主影象可自動分配也可以使用者自己選擇。
圖 ps connection graph
（2） 干涉工作流
這一步是根據像對的連線關係，對每一對像對進行干涉工作流處理。包括資料資料對配準和干涉圖生成和干涉圖取平。
圖 ps interferometic process
（3） PS 反演 Step1
第一次生成的形變結果，包括速率和高層改正值，這個結果沒有去除大氣影響的相位。結果用來對合成的干涉圖進行取平。
主要方法是基於識別一定數量“相干雷達訊號反射”（永久散射體），然後重點分析這些 可靠的單一目標（一個影象畫素一個目標）的歷史相位。永久散射體主要受兩個限制：它必 須是穩定的 ( 變動小於一毫米 ) 和它面向一個能被 SAR 天線探測到的方向。
（4） 地理編碼
所有 PS 相關結果（形變速率、高度殘差、形變序列、 KML 、向量檔案等）投影到地圖系統中。
圖 ps geocoding （ 1 ）
在 Input Files 面板中，選擇 auxiliary.sml 檔案。單擊 Optional File 面板，這是可選項，選擇 GCP 檔案（ .shp 或者 .xml ）或者建立 GCP 檔案。本操作不選擇
圖 ps geocoding （ 2 ）
在 DEM/Cartographic System 面板中，選擇 srtm_dem 檔案，引數保持預設，單擊 Exec 按鈕執行處理。
（5） 處理結果
圖 ps 結果
Ps 點的個數很多，所以分成了 6 個分塊向量檔案。 Ps 點的個數 568 065 ，廈門島的面積 158 萬平方公里。
2.3 結果分析與驗證
在 ArcGIS 種對 PS 點進行克里金差值，得到結果如下：
由於在思明區分佈較為集中的山體，山體地區的 ps 稀少，對該地區進行了掩模處理。
結果驗證 :
圖 雙子塔
圖 財富中心
圖 海灣公園
圖 高崎碼頭
作品亮點
PS （永久散射體）處理工作量大，作品實現了基於 Sentinel-1 的廈門市地表沉降監測，並進行了實地驗證，作品完成度較好。