利用SARscape对日本填海造陆和天然气开采进行地表形变监测

日本千叶市，是日本南部重要的工业港市。位于西部的浦安市是一个典型的"填海造田"城市，东南部的东金区有一片天然气开采区域，本文利用SARscape，用干涉叠加的方法，即PS和SBAS，对这两个区域进行地表沉降现象的监测。

1、监测区域

日本千叶市：

图1 日本千叶市监测区范围

2、数据情况：

2006-2010年，26期ALOS PALSAR-1数据。

2006-2010年，32期ENVISAT ASAR数据。

两组数据，分别是L波段的PALSAR数据和C波段的ASAR数据，覆盖相同的区域。数据量都大于20景，满足PS和SBAS的要求。

3、监测结果与分析

对两组数据，整个区域分别进行SBAS处理，形变速率图上可看出，两个结果是一致的，然而，PALSAR在空间的连续性上更好，ASAR则有较多的无效值，这也说明L波段的数据相干性要比C波段的高。不过，对已知的形变区域，两个结果表现出很高的吻合度。

图2 SBAS处理得到的平均形变速率（蓝色：-15mm/年，红色5mm/年），左图为PALSAR的结果，右图为ASAR的结果

在整体监测的结果图上，监测到了两个形变区域：一个是位于西部的一个垃圾填埋场，另一个是位于东南部的天然气开采区域，这两个区域也是我们已知的形变区域。下面分别对这两个已知的形变区域再做局部的分析。

1、垃圾填埋（填海造陆）区域：下图为千叶县浦安市在1950年、1975年、1980年的填海面积：

图3 千叶浦安市的填海面积

对这个区域，分别用PS和SBAS的方法进行SAR时序分析，得到的结果如下图所示：

图4 浦安地区2006-2010年的平均位移速速率图，26期PLASAR的结果（上），32景ASAR数据的结果（下），左边是SBAS结果，右边是PS结果

分析PALSAR和ASAR数据的PS和SBAS结果，均表现为：在城市区域，PS的点密度很高，和SBAS得到的结果一样，而PS结果的空间分辨率要比SBAS的高。而分析同一个点在监测时间段内的形变过程，如下图，绿色为SBAS的结果，红色为PS的结果，无论是哪一种数据，SBAS得到的结果更为平滑。

图5 同一个点在时间序列上的形变过程（绿色为SBAS结果，红色为PS结果，上图为PALSAR结果，下图为ASAR结果）

1. 南部东金区域的天然气开采区

下图为天然气开采公司（KNG）提供的天然气资源储存和开采图以及相应的地质调查图。在调查范围5年内，绝大部分区域都有沉降发生，最大达到了20cm。这是由天然气开采再注入水造成的地表形变，

图6 南部东金天然气开采区域

图7 5年的东金区地表调查图

对该局部区域分别用PALSAR数据和ASAR数据做PS和SBAS处理，结果如下：

图8 东南地区2006-2010年的平均位移速速率图mm/年

26期PLASAR的结果（上），32景ASAR数据的结果（下），左边是SBAS结果，右边是PS结果。对比两个数据的PS和SBAS的结果，PALSAR数据在非城市区域得到的PS点密度和SBAS的一致，而ASAR数据，由于在天然气开采之后注入大量的水，PS得到了很少的一些PS点，不过SBAS能反应出整个区域的形变情况。

4、结果验证

用从GSI地理网得到的实测的GPS数据进行结果验证。下图是稳定的GPS点的位置分布：

图9 稳定的GPS点的位置

对GPS点测量到的值绘制在时间-位移坐标系，可以看到GPS的位移随着时间有所波动，整体来看表现出一个线性的变化，对实测值进行线性拟合，得到红色的这条趋势线。如下图所示：

图10 一个稳定的GPS点的位移实测值曲线（黑色线）及拟合结果（红色线）

将拟合的值作为GPS点的实测值，和SBAS得到的结果进行求差，两者之差的绝对值小于等于5mm/年。

图11 PALSAR的SBAS结果和GPS点拟合值的差

图12 ASAR的SBAS结果和GPS点拟合值的差

将GPS实测值的拟合值和SBAS得到的年平均速率之差进行统计分析，得到的结果如下表所示：

表1：GPS实测拟合值和SBAS得到的平均速率之差的统计值

GPS-PALSAR

GPS-ASAR

平均差

-0.28mm/年

-1.1mm/年

标准差

1.9mm/年

1.8mm/年

通过与实测值对比分析，SAR干涉叠加技术可以得到较高的形变测量精度。