一種利用TanDEM-X雙站InSAR提取地震滑坡體積的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于衛(wèi)星遙感應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種利用TanDEM-X雙站InSAR提取地震 滑坡體積的方法，利用TanDEM-X雙站InSAR獲取地震前后地表高程變化，進(jìn)而定量估算區(qū) 域地震滑坡體積，可在全球區(qū)域拓展應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，地震容易引發(fā)大量滑坡、泥石流等次生地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)人民居住環(huán)境和生命 財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成了巨大的威脅，同時(shí)也是鐵路、公路等交通設(shè)施的重要病害，是震區(qū)面臨最嚴(yán) 重的兩類地質(zhì)災(zāi)害，進(jìn)行區(qū)域地震滑坡體積提取和泥石流危險(xiǎn)性評(píng)估是地震災(zāi)區(qū)恢復(fù)重建 和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的緊迫工作。其中滑坡是指斜坡上的土體或者巖體，受河流沖刷、地下水活動(dòng)、 雨水浸泡、地震及人工切坡等因素影響，在重力作用下，沿著一定的軟弱面或者軟弱帶，整 體地或者分散地順坡向下滑動(dòng)的自然現(xiàn)象。其中泥石流是指在山區(qū)或者其他溝谷深壑，地 形險(xiǎn)峻的地區(qū)，因?yàn)楸┯辍⒈┭┗蚱渌匀粸?zāi)害引發(fā)的山體滑坡并攜帶有大量泥沙以及石 塊的特殊洪流。地震滑坡體積作為泥石流物源定量計(jì)算的重要參數(shù)，開(kāi)展地震滑坡體積定 量研究對(duì)估算泥石流物源具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和科學(xué)意義，為震區(qū)泥石流災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn) 評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等提供科學(xué)依據(jù)。地震發(fā)生后，地震滑坡、泥石流等次生災(zāi)害頻發(fā)，迫切需 要一種能夠大范圍、定量、精確地提取地震滑坡體積的方法，進(jìn)而能夠地震滑坡等地質(zhì)災(zāi)害 進(jìn)行預(yù)警，減少百姓財(cái)產(chǎn)損失和保障人員安全。
[0003] 目前，地震滑坡體積提取的技術(shù)手段主要有GPS實(shí)地測(cè)量、三維激光LiDAR、光學(xué) 遙感等。GPS實(shí)地測(cè)量和三維激光LiDAR具有觀測(cè)精度高等優(yōu)勢(shì)，尤其三維激光LiDAR能夠 獲取整個(gè)滑坡面的高分辨率點(diǎn)云地形數(shù)據(jù)，可精確獲取地震滑坡體積，但地震滑坡個(gè)數(shù)通 常上萬(wàn)個(gè)，甚至幾十萬(wàn)個(gè)，該方法提取區(qū)域范圍的地震滑坡體積效率較低；光學(xué)遙感可以大 范圍獲取地震滑坡中心點(diǎn)位置、邊界、面積等分布參數(shù)，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式或模型等提取地震滑 坡體積，但經(jīng)驗(yàn)公式或模型對(duì)最終地震滑坡體積帶來(lái)不可避免的誤差，難以定量、精確的獲 取地震滑坡體積。且地震發(fā)生后，較長(zhǎng)一段時(shí)間會(huì)存在持續(xù)降雨天氣，光學(xué)遙感的地震滑坡 體積提取工作難以開(kāi)展。
[0004] TanDEM-X雙站InSAR可獲取全球尺度的高分辨率、高精度地形信息，結(jié)合震前地 形資料，能夠精確計(jì)算地震地震滑坡體積，為地震滑坡風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)以及地震滑坡災(zāi)害防治 提供重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)目前地震滑坡體積提取方法存在的上述不足，提 供一種利用TanDEM-X雙站InSAR提取地震滑坡體積的方法，能夠大范圍、定量提取地震滑 坡體積。
[0006] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的具體步驟是：
[0007] -種利用TanDEM-X雙站InSAR提取地震滑坡體積的方法，根據(jù)TanDEM-X雙站 InSAR獲取的地震前后地表高程變化結(jié)果，結(jié)合地震滑坡邊界編目數(shù)據(jù)和地震前后光學(xué)遙 感數(shù)據(jù)，求取地震滑坡體積，具體包括以下步驟：
[0008] 1)雙站SAR數(shù)據(jù)影像配準(zhǔn)：使兩幅復(fù)圖像中同一位置的像素對(duì)應(yīng)地面上的同一回 波點(diǎn)；
[0009] 2)雙站InSAR干涉相位計(jì)算：利用TanDEM-X和TerraSAR-X兩顆衛(wèi)星獲取的高分 辨率SAR影像，通過(guò)干涉圖生成數(shù)據(jù)處理，計(jì)算雙站InSAR干涉相位；
[0010] 3)雙站InSAR差分相位估算：雙站InSAR干涉相位與外部DEM模擬相位進(jìn)行差分 處理；
[0011] 4)雙站InSAR差分相位解纏：相位解纏采用兼顧運(yùn)算速度和準(zhǔn)確性的最小費(fèi)流量 法（MinimumCostFlow，MCF，雙站InSAR差分相位解纏主要解決干涉條紋過(guò)密引起的解纏 相位跳躍、不連續(xù)，以及軌道基線誤差引起的長(zhǎng)波趨勢(shì)面等問(wèn)題）；
[0012] 5)雙站InSAR差分相位校正：采用高精度GPS或ICESat點(diǎn)進(jìn)行絕對(duì)相位偏移校 正；
[0013] 6)地震前后地表高程變化結(jié)果估算：雙站InSAR差分相位經(jīng)過(guò)相位高程轉(zhuǎn)換，估 算地震前后地表高程變化結(jié)果；
[0014] 7)地震滑坡體積求?。旱卣鹎昂蟮乇砀叱套兓Y(jié)果經(jīng)過(guò)地震滑坡邊界編目數(shù)據(jù) 篩選，以及地震前后光學(xué)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)一步識(shí)別獲取，求取地震滑坡體積。
[0015] 按上述方案，所述步驟1)中影像配準(zhǔn)是為獲得干涉相位具有較高的信噪比，使兩 幅復(fù)圖像中同一位置的像素對(duì)應(yīng)地面上的同一回波點(diǎn)的過(guò)程。
[0016] 按上述方案，所述步驟2)中干涉圖生成數(shù)據(jù)處理是影像經(jīng)過(guò)精確配準(zhǔn)后，進(jìn)行復(fù) 共輒相乘生成復(fù)干涉紋圖，復(fù)干涉相位生成公式如下：
[0017]
[0018] 式中，uint是干涉結(jié)果，5；(#)和戶)分別為兩顆衛(wèi)星獲取的雷達(dá)信號(hào)，AR為兩 顆衛(wèi)星到地面P點(diǎn)的距離之差，A為雷達(dá)波長(zhǎng)。
[0019] 按上述方案，所述步驟3)中外部DEM模擬相位通過(guò)外部DEM經(jīng)過(guò)相位高程轉(zhuǎn)換獲 取。
[0020] 按上述方案，所述步驟3)中雙站InSAR干涉相位與外部DEM模擬相位進(jìn)行差分處 理公式如下：
[0021] ^^Differences- ^ ^TanDEM X_^ ^SRTMDEM
[0022] 式中，AW Differences為差分相位，AW TanDEM X是雙站InSAR干涉相位，AW SRTMDEM為外 部DEM模擬相位。
[0023] 按上述方案，所述步驟5)中高精度GPS或ICESat點(diǎn)是覆蓋研究區(qū)域的高精度測(cè) 量點(diǎn)。
[0024] 按上述方案，所述步驟6)中相位高程轉(zhuǎn)換為根據(jù)相位P和高程z(y)之間的關(guān)系 獲取相應(yīng)高程變化結(jié)果，滿足下式：
[0025]
[0026] 式中，Bi為兩天線之間的空間矢量在平行主影像上的分量，0為視角，/?(/》為兩 顆衛(wèi)星到地面P點(diǎn)的平均距離。
[0027] 按上述方案，所述步驟7)中地震滑坡邊界編目數(shù)據(jù)通過(guò)光學(xué)遙感、實(shí)地觀測(cè)技術(shù) 手段獲取。
[0028] 按上述方案，所述步驟7)中地震前后光學(xué)遙感數(shù)據(jù)是覆蓋地震滑坡區(qū)域的地震 發(fā)生前后的星載、基站的光學(xué)遙感數(shù)據(jù)。
[0029] 按上述方案，所述外部DEM包括30m和90m分辨率的SRTM-CDEM、30m分辨率的 SRTM-XDEM以及其它測(cè)量技術(shù)手段獲取的DEM結(jié)果。
[0030] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0031] 1、TerraSAR-X和TanDEM-X為兩顆高分辨率SAR衛(wèi)星，地震前后地表高程變化結(jié) 果是校正后的雙站InSAR差分相位經(jīng)過(guò)相位高程方法生成，相位級(jí)的高程轉(zhuǎn)換使地震前后 地表高程變化結(jié)果具有高精度特性。地震前后地表高程變化結(jié)果又經(jīng)過(guò)地震滑坡邊界編目 數(shù)據(jù)篩選和地震前后光學(xué)遙感數(shù)據(jù)識(shí)別，生成的地震滑坡體積具有高分辨率、高精度特征， 故本發(fā)明利用TanDEM-X雙站InSAR提取地震滑坡體積的方法具有高分辨率、高精度優(yōu)勢(shì)；
[0032] 2、InSAR具有全天時(shí)全天候成像能力，不受云層及晝夜影響。尤其在地震發(fā)生之 后，震區(qū)多數(shù)發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間、大規(guī)模的降雨，導(dǎo)致光學(xué)遙感無(wú)法成像，而SAR在陰雨天氣等惡 劣環(huán)境仍能進(jìn)行影像獲取，進(jìn)而對(duì)地震滑坡持續(xù)監(jiān)測(cè)；
[0033] 3、本發(fā)明具有面狀、大區(qū)域的、滑坡地震滑坡體積提取能力，而GPS、三維激光 LiDAR等地面測(cè)量手難以進(jìn)行；
[0034] 4、本發(fā)明成本低，不需要布設(shè)地面測(cè)量設(shè)備。
【附圖說(shuō)明】
[0035] 圖1是本發(fā)明的方法流程圖；
[0036] 圖2是本發(fā)明方法應(yīng)用的一實(shí)例圖；
【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)具體的說(shuō)明。
[0038] 參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明所述的利用TanDEM-X雙站InSAR提取地震滑坡體積的方 法，通過(guò)TanDEM-X雙站InSAR干涉相位、外部DEM模擬相位、高精度GPS或ICESat校正點(diǎn) 獲取校正后的TanDEM-X雙站InSAR差分相位，進(jìn)而獲取地震前后地表高程變化結(jié)果，再結(jié) 合地震滑坡邊界編目數(shù)據(jù)、地震前后光學(xué)遙感數(shù)據(jù)求取地震滑坡體積，結(jié)合滑坡面積參數(shù)， 求取高精度高分辨率地震滑坡物源厚度。
[0039] 雙站InSAR干涉相位由TanDEM-X和TerraSAR-X兩顆衛(wèi)星SAR數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)影像配 準(zhǔn)、干涉圖計(jì)算等步驟獲取，外部DEM模擬相位通過(guò)SRTMDEM等外部DEM經(jīng)過(guò)相位高程轉(zhuǎn) 換獲取，高精度GPS或ICESat校正點(diǎn)是覆蓋研究區(qū)域的高精度測(cè)量點(diǎn)，校正后的雙站InS