利用时序InSAR技术监测广花盆地地面沉降

喻永平，林 鸿，王会强

(1．广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州510060;2．中南大学地球科学与信息物理学院雷达遥感研究室，湖南 长沙410083)

一、引 言

近10多年来，广州及其周边地区频繁发生地面沉降、塌陷和裂缝等地质灾害，特别是广花盆地地区是广州市地面塌陷地质灾害发生最为集中、最为严重的地区。根据粗略统计，截至2008年底，区内发生地面塌陷313起，直接经济损失超过1．2亿元，而且最近几年广花盆地地区金沙洲、大坦沙和白云花都交接的空港新城等发生的地质灾害数目仍在不断快速攀升，需要长期监测广花盆地的地面沉降。

近些年InSAR凭借着其全天候、大范围、高空间分辨率和高精度(厘米至毫米级)等优势，迅速在城市地面沉降方面得到了广泛应用，并发挥了巨大的应用潜力和不可替代的价值［1］，促使广州地区的地面沉降概查工作乃至地面沉降精细监测得以有效进行。

本文采用覆盖相同区域的ENVISAT/ASAR影像和ALOS/PALSAR影像两种数据，利用SBAS-DIn-SAR技术分别监测广花盆地的地面沉降情况。

二、研究方法

本文采用小基线集技术(small baseline subsets，SBAS)来反演广花盆地地区的平均形变速率图和形变时间序列图。SBAS-DInSAR技术作为一种先进的InSAR时间序列分析技术，通过设定时空基线阈值选取合适的干涉对来增加时间采样率，在一定程度上减弱了时间失相干和空间失相干的影响，为In-SAR技术的拓展研究和应用提供了广阔的空间。SBAS的基本步骤如图1所示。

三、研究区域和数据

广花盆地(即广州-花都盆地)位于广州市北部，东接白云山、帽峰山，西连佛山市三水区和南海区，南到珠江西航道附近，北靠广州从化市和清远市清城区。

图1

本研究采用17景ENVISAT/ASAR影像和21景ALOS/PALSAR影像，时间跨度分别为2006年10月30日至2009年8月10日和2007年1月8日至2011年1月19日。ASAR数据影像分辨率约为40 m×40 m，PALSAR数据影像分辨率约为24 m×24 m。去除干涉图中的地形相位部分采用的外部DEM是美国宇航局(NASA)提供的SRTM数据，分辨率为30 m×30 m。

四、沉降监测结果

试验采用覆盖研究区域的ASAR和PALSAR两种不同波段、不同分辨率的数据分别利用SBAS-DIn-SAR技术监测其沉降情况，下面将广花盆地分成A、B、C等重点沉降区域进行具体分析。

A区，即金沙洲、大坦沙和石井镇一带，如图2所示，沉降速率均大于6 mm/a。考虑到在影像覆盖时间内，地铁5、6号地铁线均处于在建施工阶段，所以图4(a)中局部区域在地铁施工过程中都出现沉降，沉降速率大于12 mm/a。而图4(b)中的石井河左侧鸦岗南大道、华南快速鸦岗大道一段等同样也存在小范围的沉降，其中属龙湖和鸦岗村附近沉降比较严重。

B区，即白云国际机场和龙归镇一带，如图3所示，沉降速率同样都大于6 mm/a，图5(a)中的机场南以东的人和镇第三中学附近和图5(b)中的北二环高速以南的卓烈公司一带以及龙归地铁站等小区域沉降速率远大于12 mm/a。

图2 A区平均形变速率图

图3 B区平均形变速率图

C区，即花山镇和芙蓉镇一带，如图4所示。主要沉降区包括图6(a)中的佳仕达工业园和图6(b)中的沿风神大道两侧等局部地区中沉降速率略大于12 mm/a。

图4 C区平均形变速率图

五、结 论

本文采用覆盖相同区域的ENVISAT/ASAR影像和ALOS/PALSAR影像两种数据，利用SBAS-DIn-SAR技术来分别监测广花盆地的地面沉降情况，ASAR数据和PALSAR数据获取的结果在形变范围和形变速率大小方面都存在高度一致性，两种数据获取的形变结果相互验证，准确确定发生地面沉降的范围和沉降速率大小情况，验证了InSAR技术监测该地区地面沉降的可靠性。

广花盆地地区主要的地质灾害是地面沉降塌陷，由于该地区是隐伏岩溶的主要分布区，因而岩溶地面塌陷也是该地区发生地面塌陷的主要类型，而地面塌陷的前兆就是地面沉降和地面裂缝，所以利用InSAR技术对其进行长期的地面沉降监测具有重要意义。

［1］ 李珊珊，李志伟，胡俊，等．SBAS-InSAR技术监测青藏高原季节性冻土形变［J］．地球物理学报，2013，56(5):1476-1486．

［2］ LIU G．Mapping of Earth Deformations with Satellite SAR Interferometry:A Study of Its Accuracy and Reliability Performances［D］．Hong Kong:Hong Kong Polytechnic University，2003．

［3］ ZHAOQ，LIN H，JIANGL．Ground Deformation Monitoring in Pearl River Delta Region with Stacking D-In-SAR technique［C］∥Proc SPIE．Guangzhou:［s．n．］，2008．

［4］ 许文斌，李志伟，丁晓利，等．利用InSAR短基线技术估计洛杉矶地区的地表时序形变和含水层参数［J］．地球物理学报，2012，55(2):452-461．

［5］ 郑小战．广花盆地岩溶地面塌陷灾害形成机理及风险评估研究［D］．长沙:中南大学，2010．

［6］ 易顺民，梁池生．广东省地质灾害防治［M］．北京:科学出版社，2010．

［7］ 黄健民，邓雄文，胡让全．广州金沙洲岩溶区地下水位变化与地面塌陷及地面沉降关系探讨［J］．中国地质，2015(1):300-307．

［8］ 刘勇健，刘雅恒，刘湘秋，等．广花盆地岩溶地面塌陷特征及形成机理研究［J］．广东工业大学学报，2013，30(1):25-30．