地表變形監測是地質災害預防和預警的基礎工作。目前，我國頻繁發生的山體滑坡、地面沈降、地裂縫和地面沈降，逐漸加大了對人居環境的威脅。傳統的地面調查方法受監測範圍小、點密度低、調查周期長等缺點的限制，對地質災害宏觀特征和時空演化的監測能力有限。自20世紀90年代末以來，合成孔徑雷達幹涉測量技術在各類地表變形監測中得到了廣泛的研究和應用，具有快速、準確、精度高、覆蓋面廣等優點，改變了以往測量方法點密度低、工作周期長、測量要求高等缺點。
InSAR技術的核心是利用相位觀測值獲取目標的幾何特征和變化信息。由於幹涉相位對微小形變極其敏感，毫米級的形變會在幹涉相位中得到反映，所以利用重復軌道觀測得到的幹涉相位，通過差分幹涉處理，可以得到高精度的形變信息。
2000年以來，在國土資源部、科技部等部門的支持下，航天中心依托國土資源大調查、國土資源部公益產業基金、863計劃等項目，開展了InSAR技術的理論、方法和應用研究，形成了趨於完善的多尺度、多類型InSAR調查監測技術體系。通過InSAR關鍵技術研究、應用論證、成果驗證和工程應用，系統解決了低相幹、有限數據量條件下地面沈降信息提取、跨航跡、多圖、大比例尺地面沈降監測成圖等壹系列地面變形InSAR監測工程應用的關鍵技術，建立了壹套解決大區域地面沈降同步監測的InSAR方法技術體系。在國內首次系統地利用InSAR技術開展大範圍區域地面沈降工程監測，獲得了華北平原、長江三角洲和魏奮流域全覆蓋、高精度的地面沈降監測數據，填補了地面沈降基礎調查數據的空白。工程應用表明，InSAR時間序列技術對相幹目標的精度優於3 ~ 5 mm，區域監測總體方差優於65438±0cm，滿足地面沈降監測的需要。InSAR技術的研究和應用，提高了我國地面變形監測特別是區域地面沈降監測的工作能力和技術水平，取得了顯著的社會效益和經濟效益。
二、適用範圍及應用實例
研究成果已應用於地面沈降、滑坡、高鐵沈降、油田地面變形和開采沈陷等多種類型的地表變形監測。2004年以來，在華北平原、長江三角洲和魏奮流域開展了InSAR工程監測，突破了以往獨立行政區劃對地面沈降監測的局限，實現了區域地面沈降監測成果“壹張圖”，填補了我國地面沈降防治和風險管理基礎數據的空白。
同時，針對重大工程對地面穩定性的要求，開展了京津、京滬高速鐵路、南水北調東線、西氣東輸長三角段等壹批重大工程區地面沈降InSAR調查與監測，為重大工程區地質災害風險管理提供了有效的技術服務。三峽庫區(新灘、樹坪等)滑坡等多尺度、多類型的地表變形監測應用。)、采煤沈陷(唐山、兗州等。)、油田地面變形(大港、東營等。)、城市地裂縫(Xi安)、地震形變場等相繼開展，全面提升了InSAR技術的應用能力和水平。
圖1華北平原地面沈降區InSAR監測沈降速率圖(2008 ~ 2010)
1.實現全國三大地面沈降區全覆蓋。
利用InSAR技術對華北平原、長江三角洲和魏奮流域進行大範圍、區域性地面沈降調查和監測，累計範圍超過20×104 km2，首次實現了我國三大沈降區InSAR監測全覆蓋。
(1)華北平原地面沈降InSAR監測結果
監測範圍為14×104 km2，覆蓋北京、天津、石家莊、唐山、鄭州等城市及黃河三角洲(圖1)。監測結果表明，2004年以來，華北平原地面沈降嚴重的主要城市(天津、北京(圖2、圖3)、滄州等)的城市沈降率。)有所減緩，壹般小於30mm；主要的結算中心多集中在這些城市周邊，主要在各個開發區。沈降中心的年沈降速率壹般大於40 ~ 50 mm，並有不斷擴大的趨勢；省級行政區交界處的沈降區呈現連片發展趨勢，沈降速率大，範圍廣；結算中心與大型基礎設施(鐵路和公路)的分布和區域經濟發展密切相關。
圖2北京2007年至2010年累計沈降量。
圖3北京來廣營累計沈降量
(2)長江三角洲地面沈降InSAR監測結果。
監測面積約為6×104km2，覆蓋上海(圖4和圖5)、江蘇蘇錫常和浙江杭嘉湖地區的楊臺通。已查明2006年至今各地區地面沈降分布情況，取得上海、蘇錫常、杭嘉湖地區連續監測數據，發現滬浙交界地區金山平湖等多個快速大規模沈降區，年最大沈降速率達40。監測顯示，長江三角洲地區的整體沈降幅度和範圍小於華北平原，地面沈降速率整體下降趨緩，快速沈降區仍集中在全國主要開發區。
圖4上海InSAR監測的累積地面沈降(2003年9月-2010)
圖5華漕鎮累計沈降量(2003年9月-2010)
(3)魏奮地區地面沈降InSAR監測結果
圖6太原盆地地面沈降速率圖(2007 ~ 2010)。
以大同-太原-臨汾地區(圖6)和Xi安為主要工作區，查明了覆蓋魏奮地區近4×104 km2的地面沈降發育和分布，新發現榆次、清徐、臨汾等快速沈降區，最大年沈降速率為50 ~ 70mm。太原市自2005年以來的地面沈降過程連續監測(圖7)已經完成，詳細摸清了主要沈降中心的時空變化特征。
圖7太原市主城區主要居民點分布圖
2.有效服務高鐵沿線國家重大基礎設施建設。
積極服務國家重大基礎設施建設，應用InSAR技術開展高速鐵路沿線地面沈降監測調查。利用ESA ENVISAT衛星SAR數據(分辨率為20m)在國內首次開展了京津高鐵沿線地面沈降的InSAR調查與監測，在沿線5 km範圍內獲得了2004年至今的地面沈降監測結果，並在京津高鐵沿線發現了北京和天津兩個主要沈降漏鬥(圖8、圖9)。同時，首次利用德國TerraSAR-X高分辨率SAR數據(分辨率3m)開展京津高鐵沿線重點沈降區精細監測，獲得了2009年2月至10的連續監測數據，有效服務於鐵路部門對京津高鐵地基的穩定性評價和對策研究。
3.積極開展各類地質災害監測和工程實踐。
在區域地面沈降InSAR監測的基礎上，開展了開采沈陷調查、油田地面變形監測、滑坡活動監測、城市地裂縫探測、地震變形場提取等多尺度、多形式的災害性地面變形場探測與監測，取得了良好的效果。以唐山開灤礦區為研究區域(圖10和圖11)，進行了煤礦區開采沈陷和礦業城市地面穩定性的InSAR監測，證明InSAR技術能夠及時發現開采的範圍和強度，滿足開采沈陷動態監測的需要。目前已廣泛應用於大同、兗州、淮南、徐州、皖北等主要煤礦區。2002年以來對三峽地區新灘滑坡和鏈子崖滑坡活動變化的連續監測表明，新灘滑坡已趨於穩定。對石油開采引起的地表變形進行了InSAR監測，摸清了大慶和東營油田的地面沈降和隆起情況。
圖8京津高速鐵路地面沈降速率圖(2007-2009年)
圖9 2007-2009年京津高速鐵路沿線地面沈降剖面圖。
圖10開灤礦區開采沈陷InSAR幹涉圖(2009年6月7日至2009年6月36日)
InSAR技術在我國主要地面沈降區和各類地面形變災害監測中的應用，顯示了其在地質災害監測領域的獨特優勢。“十二五”期間，InSAR技術將在地質災害易發區調查、重要經濟區(城市群)建設、重大礦產資源開發區監測、重大地下水開發利用區監測、重大工程區地表緩慢變形監測等方面發揮重要作用。以國家區域地面沈降監測工作為基礎，以國家重大基礎設施建設為重點，依托InSAR技術開展大範圍地面變形監測，提供地面穩定性監測和風險評估，服務於工程規劃、建設和運營。在礦業、石油、水利等領域的應用，特別是對煤礦區開采沈陷和工礦城市地面沈降的監測，有著明顯的需求，這將推動InSAR技術成為壹種日常監測手段。
圖11唐山老采空區緩慢下沈速率圖(2004 ~ 2009)
高分辨率雷達衛星及相關技術的發展將進壹步推動InSAR對地質災害的精確監測。TerraSAR-X、Cosmo-skymed等新壹代高分辨率雷達衛星將為InSAR技術的精細化應用提供豐富的數據源。利用高分辨率SAR數據對高速鐵路、公路、大壩、大型單體建築等重大工程和基礎設施進行精細化監測將成為現實。它將在國土資源、礦山、交通、水利工程等諸多領域的地質災害調查與監測中發揮更加重要的作用。
第三，促進轉變方式
該研究成果先後在華北平原地面沈降監測與防治、長江三角洲地區地面沈降監測與風險管理、中國地面沈降監測與防治等計劃項目中推廣應用，並於2011開展了全國地面沈降遙感地質調查。本文旨在利用InSAR技術對我國中東部平原、盆地、三角洲和沿海地區的地面沈降和開采沈陷進行調查和監測，詳細摸清我國地面沈降現狀，為我國地下水管理、城市規劃和基礎設施建設布局提供基礎信息。
華北平原和長江三角洲地面沈降InSAR監測結果有效指導了各地區地面監測網的布設和建設。通過與北京、天津、上海等省市地質環境站合作，對各地區關註的重點塌陷區進行詳查監測，直接服務於當地需求。此外，還為鐵道部第三設計院、煤炭科學研究總院唐山分院、山東魯北工程勘察院、河北水文地質工程地質四隊等單位和組織提供了技術資料和成果。
2010年6月，中國地質調查局以地質調查專題報告的形式發布了公報《InSAR技術在中國地面沈降調查與監測中的應用效果顯著》，介紹了InSAR技術研發的成果和先進經驗。2011年初，由中國地質調查局主辦，航遙中心承辦的國內迄今為止規模最大的“InSAR監測技術培訓暨地表形變研討會”在京舉行。來自全國各地的質量和環境監測部門、高校、科研院所等機構的120余人參加了本次培訓，並邀請了意大利、德國、加拿大等國家和機構的專家進行專題講解。
主要推廣轉化方式有會議交流、技術培訓、技術咨詢等。
技術支持單位:中國國土資源航空物探遙感中心。
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