跳到主要內容區塊

從太空看地表變形-多時域雷達干涉技術(MT-InSAR)水文技術組

  發刊期數:第0382期/ 發布日期:109/05/07

多時域雷達干涉技術(Multi Temporal InSAR, MT-InSAR)技術為涉及多時期影像之雷達干涉處理方法,不僅可提供高密度面狀資訊,同時在理想狀況下量測精度可達釐米等級,具快速監測大範圍地表形變之特性。

  • 圖1   107~108年度彰雲地區雷達干涉時間序列分析圖圖1   107~108年度彰雲地區雷達干涉時間序列分析圖

衛星雷達影像含有豐富的地表資訊,近年來因衛星雷達解像能力與分析技術之提升,已可提供地表水平位移及垂直高程之變化資訊。現今多時域雷達干涉技術(MT-InSAR)已有多種方法被廣泛應用於地層下陷監測之中,目前在台灣主要使用之三種MT-InSAR技術包括(1)PSInSAR:利用強度值與相位分析來辨識永久散射體永久散射體差分干涉技術,目前該方法成功應用於彰化雲林地區的地層下陷監測。(2)SBAS:短基線子集差分干涉技術,它能夠解決因基線過長導致的幾何去相關性誤差,並利用所有獲取的數據以提高取樣的時間解析度,確保變形的時間序列分析具有較高的空間密度,同時也適合對非都市區域地表變形場時間演化進行分析。(3)TCPInSAR:時域相關點雷達干涉,主要不使用相位解纏,改以最小二乘法解算,獲取長時間之地表變形速率,目前該方法也成功應用於嘉義地區的地層下陷監測。

  • 圖2   107~108年彰雲地區之LOS方向平均位移速度場圖2   107~108年彰雲地區之LOS方向平均位移速度場

過去雷達衛星影像影像費用高,再訪週期長,使得衛星影像不易大量取得,但Sentinel系列衛星的出現,使得衛星影像取得更為容易。Sentinel-1系列衛星是歐洲太空總署(ESA)為地球觀測任務而發射的衛星,該衛星不僅再訪週期短、空間解析度高、覆蓋面積大,最重要是衛星影像可免費取得,對於時間序列解算具有優勢。但InSAR解算結果會受到衛星波長、衛星軌道誤差、大氣誤差、衛星影像數量、地表植被與水平位移等影響其量測精度,另外量測成果為沿衛星視線(Light Of Sight, LOS)方向的變形速度,若要獲得垂直向的變形量,則需精確地面資料來進行校正。

  • 圖3   108年度彰化地區資料融合處理成果跑馬場至中正橋平面配置、斷面圖

相較之下,傳統監測方法如水準測量,其主要優點為具有穩定的高程量測精度,亦可獲取大範圍的面狀資訊。但受限於施測時間及人力等因素考量,在時間解析度與點位密度上仍不及InSAR技術。為充分發揮兩者的測量優勢,則可應用資料融合(Fusion)處理法,結合InSAR獲取的高取樣密度成果與高精度水準測量成果,以提高整體監測精度。

  • 圖4   108年度雲林地區資料融合處理成果圖4   108年度雲林地區資料融合處理成果

圖1為利用SBAS處理方法搭配107~108年Sentinel-1衛星資料於彰雲地區所得到的時間序列分析圖,圖2為應用圖1成果計算沿LOS方向平均位移速度場,由圖2中已可明確看出彰雲地區主要的下陷區。圖3及圖4為108年度結合InSAR與水準測量的融合成果,由成果顯示,彰化地區有三個主要下陷區,最大下陷速率在溪州鄉與二林鎮,下陷速率約為每年3.0至4.0公分。而雲林地區的下陷區域較大,主要包括有虎尾鎮、土庫鎮、元長鄉、褒忠鄉、崙背鄉、東勢鄉、四湖鄉與大埤鄉等,最大下陷為土庫鎮及元長鄉(下陷速率可達4.0~5.0公分)。

未來應用融合InSAR成果與水準測量成果,不僅可以大幅增加監測點位密度,同時可以獲得高精度成果,將可大幅度地提升地表變形的監測品質。