【葛大庆谈“全国地面沉降InSAR调查与监测工程进展”】（二）雷达数据
葛大庆，雷达遥感研究所所长｜中国国土资源航空物探遥感中心
全国地面沉降InSAR监测工程
从2005年起，根据国土资源部的统一部署，中国地质调查局（CGS）针对全国地面沉降调查监测与防治管理工作需要，安排中国国土资源航空物探遥感中心（AGRS）率先在华北平原开展大范围地面沉降InSAR（雷达干涉测量）监测技术研究与应用示范，至2008年，完成了关键技术研发，建立了基本的工作流程，获得了北京、天津、沧州、德州等典型地面沉降区的监测成果，经过与地面精密水准测量数据（2个示范区，4组观测数据，150余个验证点）的对比，取得了年沉降速率3-5mm的比较精度，奠定了InSAR技术大规模应用的技术基础。
从2008年起，航遥中心继续开展区域性地面沉降InSAR监测工程化应用实践，在规模化应用中不断完善监测技术，提升InSAR解决低相干条件下大范围广域监测的应用能力。
至2010年底，经过5年的技术研究与应用实践，区域性地面沉降InSAR监测技术基本成熟，工程化监测能力得到检验，监测应用效果显著；首次实现了华北平原、长三角和汾渭盆地近25万平方公里范围的全覆盖监测，形成了区域地面沉降InSAR监测成果“一张图”，获得了覆盖北京、天津、上海、河北平原、鲁北平原、豫北平原、苏锡常、杭嘉湖和扬泰通等地区自上世纪90年代（因地区有所不同）以来不同历史时期的监测成果，编制了《华北平原地面沉降区InSAR调查与监测成果图集》和《长三角地面沉降InSAR监测成果图集》，为开展全国地面沉降“扫面”调查起到了示范作用，引领了InSAR技术在地面沉降、矿区塌陷、高铁路基变形、油田地表下沉等领域的技术发展，支撑服务新一轮全国地面沉降防治规划的编制工作。
图4. 《全国地面沉降防治规划（2011－2020）》主要任务与地面沉降联席会议制度
从2011年起，为落实《全国地面沉降防治规划（2011-2020）》，中国地质调查局在“十二五”期间部署开展了我国中东部平原、盆地和三角洲等地面沉降已发区、易发区和潜在区共计约75万平方千米范围的InSAR调查计划。
该计划依托“重点地区地面沉降InSAR调查”、“全国地表形变遥感地质调查”、“重大工程区地表形变InSAR监测”等项目，下设全国地面沉降已发区、易发区和潜在区“扫面”调查、重点沉降区带连续监测、重大工程高精度InSAR测量等主题，以期满足对全国地面沉降现状的全面掌控，并服务高铁、重点开发建设区对地面沉降基础数据的需要。
“扫面”调查围绕重点地面沉降区动态监测和空白区“摸底”调查两个层次，于2015年底完成了华北平原、长江三角洲、汾渭盆地等三大重点沉降区新一轮全覆盖调查数据更新，实现了松嫩平原、下辽河平原、江汉-洞庭湖平原、珠三角地区、河南省、山东省和安徽省等中东部主要省份摸底调查。
图5 2015年《规划》任务与目标
雷达数据
全国地面沉降InSAR调查与监测工程自开展以来，陆续应用了ERS、ENVISAT与RADARSAT-1/2等中等分辨率\中大覆盖SAR数据，以满足大范围覆盖监测需要。
“十二五”期间，全国大范围监测中利用RADARSAT-2宽幅SAR数据（wide，30m分辨率，170km幅宽，编程定制）实现“面上全覆盖”，以TerraSAR-X、Cosmo-skymed等高分辨率SAR开展“点上、线上”精细监测，分年度、分层次推进多目标监测工作。
图 6. RADARSAT-2卫星基线控制与轨道精度改进
图 7. RADARSAT-2轨道精度改进指标
从SAR数据和雷达卫星应用上具有典型意义的是由该工程的规模化应用牵引，使得RADARSAT-2（2011年开始）卫星强大的成像能力得以“释放”，开启了wide成像观测模式及其wide fine、multi-look wide fine以及Extra fine等观测模式，在大范围覆盖的条件下具备了多种分辨率（由30m、20m、8m和5m等）。
同时，针对InSAR解算的关键参数——基线控制范围和轨道定位定位精度，经过与MDA公司长时间的交流与合作，促使其提高了RADARSAT-2卫星的轨道定位精度（优于1m），基线范围控制在300-500m以内。卫星观测模式的扩展与关键参数的控制，极大地促进了卫星数据质量的提升，惠及诸多应用领域。
图 8. 全国地面沉降InSAR监测SAR数据
在大规模数据集成处理方面，侧重关键技术集成研发，建立面向广域监测的多轨道、长条带InSAR集成监测技术，研发了面向重大线性工程、“点上”目标的中高分辨率InSAR融合技术，以相干目标时间序列分析方法为主要手段，完善多尺度地表形变高精度监测技术，该技术入选中国地质调查局“百年地质调查－百项技术”，是空间对地观测技术支撑服务地质灾害调查与地质环境监测的重要代表性技术。
图 9. 地表形变InSAR监测与服务技术系统
作者
葛大庆、张玲、王艳、李曼、刘斌、郭小方、王毅 （中国国土资源航空物探遥感中心 卫星应用技术研发室）
未完待续。
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