城市地區(qū)形變測(cè)量中的多源傳感器四維SAR層析成像

TomoSAR技術(shù)可以在所謂的高程方向上重建三維反射剖面，因此也可以被應(yīng)用到城市的真實(shí)3D重建上。在城市地區(qū)，通過(guò)使用決定性的點(diǎn)狀散射體，即在一個(gè)可能有0-4個(gè)散射中心的分辨率單元內(nèi)，假設(shè)僅僅存在一個(gè)主散射體，以此來(lái)提升層析重建效果。在這樣的假設(shè)下，其獲取的結(jié)果和以主散射體點(diǎn)云為結(jié)果的PS-InSAR處理效果是相當(dāng)?shù)?，但是層析重建具有額外的能夠在高程上分辨多個(gè)散射體單元的能力優(yōu)勢(shì)。 獲取層析重建的方法有若干個(gè)，然而，一般說(shuō)來(lái)其高程向分辨率都取決于獲取數(shù)據(jù)的基線長(zhǎng)度而且一般都很低。但是，基于壓縮感知技術(shù)，要取得超分辨率能力是可能的。不過(guò)，基于壓縮感知的方法通常需要密集的計(jì)算，在處理大型場(chǎng)景時(shí)往往要使用超級(jí)計(jì)算機(jī)。通過(guò)TWIST方法，我們開(kāi)發(fā)了一種基于壓縮感知，在消耗的計(jì)算時(shí)間較少的情況下能夠獲取超分辨率能力的層析技術(shù)。盡管其獲取的高程向分辨率低于其他基于壓縮感知的方法，比如BP，我們現(xiàn)在幾乎可以和基于傳統(tǒng)SVD方法的技術(shù)一樣的速度獲取超分辨率效果，這對(duì)于城市地區(qū)TomoSAR處理是一個(gè)長(zhǎng)足的進(jìn)步。 隨著越來(lái)越多的合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)的涌現(xiàn)，在一個(gè)興趣區(qū)域獲取不止一個(gè)的數(shù)據(jù)集已經(jīng)不是罕見(jiàn)的現(xiàn)象了。想要充分利用這些信息需要將處理結(jié)果進(jìn)行融合，要么是PS-InSAR要么是TomoSAR，這樣做的目的是在空間上組合這些數(shù)據(jù)棧，從而可以從兩個(gè)獨(dú)立處理的一維視向形變估計(jì)獲得更為完整和密集的真實(shí)3D形變向量。 然而，盡管這樣的點(diǎn)云融合所需的步驟是明確的，在現(xiàn)實(shí)中，這并不總是很容易實(shí)現(xiàn)。在非常密集的城市地區(qū)，尤其在中國(guó)的城市更為常見(jiàn)和典型，數(shù)據(jù)的融合比處理那些密度不算很大的城市，如說(shuō)像拉斯維加斯，或者更少的高層建筑，比如柏林，要更為困難。許多中國(guó)城市的密度和大量的摩天大樓區(qū)域使得同明點(diǎn)的識(shí)別非常困難。在某些區(qū)域并沒(méi)有同名點(diǎn)，由于遮蔽現(xiàn)象的存在。然而，即使在這種情況下，我們的二維圖像互相關(guān)方法仍然可以進(jìn)行粗匹配，但在這樣的極端情況下，精匹配變得十分困難。

目前蓬勃發(fā)展的PS-InSAR技術(shù)可以應(yīng)用于快速大范圍沉降監(jiān)測(cè)。它克服了大氣效應(yīng)及時(shí)間去相干因素的影響，但仍無(wú)法克服信號(hào)疊掩問(wèn)題。而對(duì)于高層建筑密集、信號(hào)疊掩問(wèn)題嚴(yán)重的城區(qū)，只能采用D-TomoSAR技術(shù)進(jìn)行高精度的城市四維測(cè)圖，在提取高精度形變信息的同時(shí)，也可以分離每個(gè)像元內(nèi)信號(hào)重疊的多個(gè)散射體目標(biāo)。.D-TomoSAR的基本原理是利用視角不同的多幅SAR影像來(lái)重建高程方向的反射函數(shù)，由這些反射函數(shù)來(lái)分離每個(gè)像元內(nèi)信號(hào)重疊的多個(gè)散射體，并估算每個(gè)散射體的高程、反射量及形變速率等參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)真正意義的高精度城市四維測(cè)圖。.通過(guò)對(duì)不同軌道獲取的TomoSAR數(shù)據(jù)集的融合，可以填補(bǔ)因信號(hào)遮擋造成的數(shù)據(jù)空洞、提高總體形變監(jiān)測(cè)精度。不同傳感器數(shù)據(jù)集之間的融合可以提高時(shí)間分辨率、延長(zhǎng)形變監(jiān)測(cè)時(shí)間、提高新舊傳感器數(shù)據(jù)的利用率。因此，城市地區(qū)多源傳感器四維SAR層析成像具有廣闊的發(fā)展前景。

為了研究地殼運(yùn)動(dòng)，以監(jiān)視地震活動(dòng)，地形變測(cè)量工作主要是在活動(dòng)構(gòu)造帶、多震地區(qū)和具有一定潛在地震危險(xiǎn)的重點(diǎn)地區(qū)，以及大型水庫(kù)區(qū)等要害地區(qū)進(jìn)行的。其測(cè)量周期遠(yuǎn)比大地測(cè)量周期短，并經(jīng)常視需要進(jìn)行加密觀測(cè)，還特別注意大地震前后的及時(shí)測(cè)量。

地殼形變觀測(cè)工作主要從如下幾方面進(jìn)行：

（1）垂直形變測(cè)量

垂直形變測(cè)量的目的，是測(cè)定地殼的升降運(yùn)動(dòng)，其主要方法是精密水準(zhǔn)測(cè)量。在地形變監(jiān)測(cè)區(qū)按一定計(jì)劃布點(diǎn)，在每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)將水準(zhǔn)標(biāo)石（水準(zhǔn)點(diǎn)）牢固地埋在地下或出露于地表的基巖上，從而組成垂直形變網(wǎng)。定期測(cè)量各條水準(zhǔn)線上水準(zhǔn)點(diǎn)之間的高差，經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理就可以確定地殼是否發(fā)生了垂直形變。

垂直形變監(jiān)測(cè)網(wǎng)應(yīng)布設(shè)在以活斷層為主的構(gòu)造帶，大城市、大廠礦、大水庫(kù)和交通樞紐為主的重點(diǎn)保衛(wèi)區(qū)，以及地震活動(dòng)區(qū)和地形變異常區(qū)。根據(jù)上述原則，中國(guó)已先后建立了20個(gè)垂直形變監(jiān)測(cè)網(wǎng)，覆蓋面積達(dá)178萬(wàn)平方公里。各監(jiān)測(cè)網(wǎng)定期進(jìn)行復(fù)測(cè)，復(fù)測(cè)周期在一般監(jiān)視區(qū)為五年，在重點(diǎn)監(jiān)視區(qū)為2-3年，加強(qiáng)監(jiān)視區(qū)為1年。

（2）水平形變測(cè)量

中國(guó)近年來(lái)的幾次大震資料表明，絕大多數(shù)淺源地震震源區(qū)均以水平錯(cuò)動(dòng)為主，水平位移的幅度往往比垂直位移大。因此，研究水平形變也和垂直形變一樣具有重要意義，且對(duì)探討區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)有其特殊的意義。

地殼的水平運(yùn)動(dòng)是通過(guò)測(cè)定地面上一些點(diǎn)的平面位置變化來(lái)描述的。為此需要布設(shè)水平形變觀測(cè)網(wǎng)。構(gòu)成水平形網(wǎng)的基本圖形是三角形，所以也稱三角網(wǎng)。按照觀測(cè)元素的不同，可以分為測(cè)角網(wǎng)、測(cè)邊網(wǎng)和邊角同測(cè)網(wǎng)。測(cè)網(wǎng)的布設(shè)原則和復(fù)測(cè)周期與垂直形變網(wǎng)的要求相同。

（3）跨斷層測(cè)量

自從地震的斷層成因說(shuō)提出以來(lái)，斷層位移與地震的關(guān)系受到了地學(xué)工作者的特別關(guān)注。為了了解產(chǎn)生地震的斷層力學(xué)過(guò)程，捕捉地震前兆，布置了各種跨斷層測(cè)量?？鐢鄬訙y(cè)量獲得斷層兩測(cè)點(diǎn)之間的產(chǎn)狀、斷層運(yùn)動(dòng)方式、兩側(cè)巖體力學(xué)性質(zhì)及測(cè)點(diǎn)距斷層面和距離有關(guān)。測(cè)值中還包含某些干擾因素的影響，應(yīng)予以排除。

中國(guó)大陸斷層位移測(cè)量的布局有兩類情況。一類是布設(shè)在塊體邊界的主要活動(dòng)斷裂帶上，這些斷裂是發(fā)生大地震的場(chǎng)所；通過(guò)測(cè)量，可了解斷裂帶的應(yīng)變積累和釋放狀況，判斷未來(lái)大震的危險(xiǎn)地段，捕捉中短期地震前兆，研究地震的斷層力學(xué)過(guò)程。另一類則布設(shè)在塊體內(nèi)部規(guī)模較小的活動(dòng)斷層上，這些活動(dòng)斷層本身很少產(chǎn)生大地震，但其活動(dòng)可以靈敏地反映區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)和應(yīng)力場(chǎng)的變化；在附近發(fā)生大地震前，這些小斷層往往出現(xiàn)異常活動(dòng)，有可能作為預(yù)報(bào)地震依據(jù)。

（4）定點(diǎn)形變測(cè)量

為監(jiān)測(cè)邢臺(tái)地震后的余震活動(dòng)，1968年，地震測(cè)量隊(duì)在震區(qū)建立了3個(gè)定點(diǎn)地形變臺(tái)站；以后在各重點(diǎn)監(jiān)視區(qū)也陸續(xù)興建了一批地形變臺(tái)站。到1983年，中國(guó)已建立地形變臺(tái)站43個(gè)。

地形變臺(tái)站主要進(jìn)行短水準(zhǔn)和短基線觀測(cè)。前者是用精密水準(zhǔn)測(cè)量方法測(cè)定地面的垂直運(yùn)動(dòng)；后者則是用精密測(cè)距方法測(cè)定地面之間的水平位移。它們一般布設(shè)在活動(dòng)斷裂帶上以監(jiān)視斷層活動(dòng)。一般每時(shí)日觀測(cè)一次，長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)。 2100433B

地形變測(cè)量英文：grounddeformationmeasurement

所采用的手段和儀器主要有：水準(zhǔn)測(cè)量、三角測(cè)量、傾斜儀、伸縮儀、電阻絲應(yīng)變儀、激光測(cè)距儀、測(cè)潮儀；近些年來(lái)還發(fā)展到應(yīng)用一系列空間對(duì)地觀測(cè)技術(shù)，如GPS（全球空間定位系統(tǒng)）等。這是對(duì)地震前兆監(jiān)測(cè)的一種有效手段。圖示唐山地震后的地形變情況。