基于主被动遥感的北部湾潮滩地表形变监测与分析

选取茅尾海河口地带作为研究区，结合哨兵主被动遥感影像利用时序InSAR技术提取研究区进行地表形变，结合大气降水、红树林分布等数据对茅尾海潮滩的地表形变进行定性和定量研究，并分析影响地表形变的因素，以期为茅尾海生态环境保护提供理论和技术支持，为当地工程建设、自然环境修复提供数据支撑和科学依据。

以茅尾海为研究区，选取覆盖研究区的2015年至2023年共95景的升轨 Sentinel-1A SAR 单视复数(Single Look Complex, SLC)影像数据，结合PS-InSAR技术和SBAS-InSAR技术对茅尾海进行地形形变监测，并从多角度分析潮滩地表形变的影响因素。主要研究内容包括四个方面：（1）对2016~2023年Sentinel-2A数据分别进行波段计算，计算得到增强型红树林植被指数(Enhanced Mangrove Forest Vegetation Index, EMVI)和归一化差异湿地指数(Normalized Difference Wetness Index, NDWI)的值，将结果图进行二值化处理并设置合适的参数，利用决策树法提取边界，结合目视解译获得大潮低潮线，拟合提取的曲线作为平均高低潮水边线，最终获得茅尾海潮滩范围。（2）基于回归树(Classification And Regression Tree, CART)算法的决策树分类法对茅尾海潮滩范围内的Sentinel-2A数据进行土地利用分类，并结合广西茅尾海潮滩的特点，得到建筑用地、水体、红树林、耕地与潮滩五类土地利用类型。（3）使用PS-InSAR技术对95景Sentinel-1A 数据进行形变反演，获得形变速率为0的点，筛选其中具有稳定散射特性的点，且确保这些点目标足够小、处于研究区范围内；然后利用SBAS-InSAR技术对茅尾海潮滩进行处理，得到平均形变速率和累积形变量，并在第三步进行轨道精炼和重去平步骤时使用在PS-InSAR技术中提取的具有稳定散射特性的点作为控制点进行处理，分析茅尾海潮滩地形沉降规律。（4）结合降水量、茅尾海红树林分布、海水养殖、海平面上升和沿海工程建设等数据与处理得到的茅尾海地表沉降数据，从多角度分析其与茅尾海潮滩地形沉降的相关性，探讨影响茅尾海2015~2023年地表沉降的主要因素。

随着在轨SAR卫星数量的增多，越来越多的学者利用InSAR技术开展地表形变研究，如Wang等[23]开发了超级计算InSAR系统，使用Sentinel-1号数据首次实现了中国全国范围内地表年平均形变速率的InSAR测量的提取，测量精度优于6mm；张浩[24]提出了超分辨率永久散射体干涉测量技术，有效提高PS点的数量。为了解决时间和空间去相关和大气效应等问题，PS-InSAR技术和SBAS-InSAR技术应运而生，对茅尾海潮滩地形沉降研究有较为积极的作用。

创新点：本项目是利用PS-InSAR技术获得一定数量的PS点作为SBAS-InSAR技术的GCP点，再利用SBAS-InSAR技术实现潮滩高精度准确的地形形变提取，为海岸带潮滩的可持续发展提供基础数据支撑。

1、技术路线

首先使用ENVI5.6软件对Sentinel-2A遥感影像数据进行预处理，先后进行辐射校正和大气校正处理；然后将Sentinel-1A与Sentinel-2A遥感影像数据与覆盖对应区域的高精度DEM数据进行影像裁剪与配准。

在ENVI5.6软件中使用波段计算工具计算ENVI指数和NDWI指数，然后设置合适的参数，使用决策树结果二值化处理，在Arcgis10.8软件中使用栅格转线工具将二值化ENVI结果和NDWI结果数据转为线要素文件，初步得到低潮线和高潮线，叠加Sentinel-2A遥感影像，再使用工具栏的编辑工具通过目视解译法绘制龙门七十二径两岸高潮线，然后使用合并工具将两个线要素合并为一个文件，得到潮滩范围。再使用矢量线转面工具将潮滩范围转为面要素文件，删除高潮线间的海域范围得到面要素的潮滩范围，再使用CART决策树获取分类规则，并导入决策树中进行土地利用分类。

在ENVI5.6软件中使用SARscape工具下PS-InSAR和SBAS-InSAR工具实现PS-InSAR和SBAS-InSAR处理，在PS-InSAR步骤中，使用工具【Map to SAR Shape Conversion】工具将地理编码得到的GCP文件转为SAR坐标系的GCP格式，然后在SBAS-InSAR中的轨道精炼与重去平步骤中转为.shp文件。将SBAS-InSAR处理结果文件导入Arcgis10.8软件中绘制形变速率图与累积形变量图。技术路线如图1-1所示。

图1.1

2、拟解决的问题

传统的地表形变监测技术，包括船测与地面测量，如声纳测量、GPS-RTK测量、水准仪光学测量、多波束和激光等，虽然这些方法能实现小范围高精度连续观测，但人力物力消耗成本高且观测时间过长；随着科技的快速发展，三维激光扫描和无人机等技术大大提高了观测效率，但对规律性被潮水淹没和露出的潮滩来说无法确保观测的精度，容易忽略土壤的影响。存在监测范围小成本高、易受到气候和环境限制等问题，难以实现全面、实时、大时空尺度的地形形变监测，也不适用于环境复杂的潮滩区域

3、预期成果

(1)基于时序InSAR技术，综合PS-InSAR技术和SBAS-InSAR技术对进行地面沉降监测并交叉验证，预期证明两种时间序列InSAR技术在潮滩地区提取的地表形变数据具有较强的一致性

(2)发表《基于主被动遥感的北部湾潮滩地表形变监测与分析》论文

(3)完成《基于主被动遥感的北部湾潮滩地表形变监测与分析》研究与结题报告

1. 准备阶段（2023年4月-5月）：

（1）组建课题团队。

（2）搜集整理各种资料，确定研究课题，撰写项目实施基本框架。

（3）制定调研方案，完成前期调研资料整理汇总。

（4）汇总调查结果并分析、归纳，初步撰写报告。

（5）完成项目申报书

2. 项目实施阶段（2023年6月-12月）：

（1）整合资源，综合讨论，确定主要研究范围，形成初步研究体系，并通过实践进行调整、改进。

（2）整理研究资料，并对不完善和缺乏材料部分进行二次调研。

（3）整理研究数据,形成研究报告，并撰写相关论文。

3. 结题阶段（2024年1月-4月）：

（1）组织内部评估修正，论文修改。