SARscape 完成 DInSAR 的整个过程 - 以 2022 年 1 月青海门源地震为例（超级详细）

SARscape做DInSAR全流程-以2022年1月青海门源地震为例（超级详细）

• ​​0 DInSAR原理简介​​
• ​​1 数据采集和SARscape Preferences预设​​

• ​​1.1 SAR数据采集​​
• ​​1.2 DEM数据下载与放置​​
• ​​1.3 精密轨道数据下载与放置​​
• ​​1.4 制作研究区范围矢量​​
• ​​1.5 SARscape Preferences预设​​

• ​​2 导入数据​​

• ​​2.1 打开工具，导入数据​​
• ​​2.2 选择研究区矢量范围，我提前画好了一个shp，直接选择即可​​
• ​​2.3 勾选自动命名​​
• ​​2.4 选择输出文件夹​​

• ​​3 基线估算（可选）​​

• ​​3.1 导入数据​​
• ​​3.2 查看估算结果​​

• ​​4 制作DEM​​

• ​​4.1 输入处理好的强度pwr数据作为范围参考​​
• ​​4.2 设置DEM output参数​​
• ​​4.3 设置DEM分辨率，30m​​
• ​​4.4 设置输出路径​​

• ​​5 生成干涉图Interferogram Generation​​

• ​​5.1 输入主从影像，**主影像是早期，从影像是晚期**​​
• ​​5.2 输入DEM​​
• ​​5.3 设置多视比等其他参数​​
• ​​5.4 设置输出`根名`​​

• ​​6 自适应滤波及相干性生成Adaptive Filter and Coherence Generation​​

• ​​6.1 选择干涉文件dint，选择主master从slave影像​​
• ​​6.2 设置参数​​
• ​​6.3 滤波后输出​​

• ​​7 解缠 Phase Unwrapping​​

• ​​7.1 输入相干性文件cc和滤波后的干涉文件fint​​
• ​​7.2 设置参数​​
• ​​7.3 输出并查看解缠图像upha​​

• ​​8 轨道精炼和重去平 Refinement and Re-flattening​​

• ​​8.1 输入相关文件​​
• ​​8.2 制作并输入轨道精炼地面控制点GCPs（Ground Control Points）​​
• ​​8.3 输入DEM​​
• ​​8.4 查看处理结果​​

• ​​9 相位转形变Phase to Displacement Conversion and Geocoding​​

• ​​9.1 输入cc和upha​​
• ​​9.2 输入DEM​​
• ​​9.3 输出并查看结果​​

• ​​10 简单分析与验证​​
• ​​11 在Google Earth中查看各项成果图​​
• ​​11 制作形变专题图​​

写在前面：

本文将从各项数据（SAR数据、DEM数据、精密轨道）下载，至各项处理流程，详细地记录SARscape做DInSAR的全流程，感谢各位读者的阅读。

0 DInSAR原理简介

在 InSAR 技术的基础上，如果重复进行干涉成像或结合已有的精细 DEM 数据来消除干涉图中地形因素的影响，可以检测出地表的微小形变，这是 D-InSAR 的技术基础。

DInSAR技术流程（图 来自Esri中国信息技术有限公司2018 SARscape培训教程 P166）

1 数据采集和SARscape Preferences预设

1.1 SAR数据采集

目前免费的，还在更新的，比较容易下载的SAR数据就是sentinel-1数据，sentinel-1本来有2颗星，但是1B出故障，停止运行了，以前也有很多SAR卫星，比如ASAR

有很多个网站可以下载Sentinel-1数据，本文以ASF网站为例，下载教程参考文章：

​​哨兵-1 Sentinel-1数据下载（ASF）​​

也可以在欧空局下载Sentinel-1数据
​​​哨兵-2 Sentinel-2 数据下载（欧空局）​​

1.2 DEM数据下载与放置

做DInSAR有多个方法，本文使用是两期SAR数据+DEM，因此要事先准备DEM数据，通常使用SRTM数据，具体来说是SRTM-1 V3，分辨率30m。
虽然SARscape理论上可以自动下载DEM，但是国内的网络经常出故障，因此还是需要手动下载。

如果不知道SAR数据对应的DEM怎么下载，不知道DEM的位置是哪里，不知道DEM切片编号，可以参考文章：
​​​SARscape手动下载30mDEM（SRTM1 V3）切片数据-[EC: 40008]​​

1.3 精密轨道数据下载与放置

精密轨道数据不是必须的，一般来说，SAR数据自带参考轨道数据，但是精度稍低，精密轨道一般在数据发布后的一个礼拜后才会公布，因此，在处理突发情况的SAR数据时，短时间内无法获取到相应的精密轨道数据。

精密轨道下载教程见：
​​​3种方法下载Sentinel-1精密轨道数据​​

精密轨道需要放置在特定的文件夹路径下面才能被SARscape识别并使用，放置教程见：
​​​SARscape存放sentinel-1精密轨道数据并自动读取​​

1.4 制作研究区范围矢量

一景SAR数据很大，如果电脑性能不足，处理起来需要很多时间，为了提高处理速度和效率，建议提前制作研究区范围矢量，在SARscape中，可以导入​​.shp​​​ ​​.kml​​​ ​​.kmz​​​格式的矢量作为处理范围。
直接在GIS软件中新建一个矢量面图层，然后画一个即可，或者在Google Earth里面圈一个kml也可以，这一步很简单，就不
这个不是必须的，如果不导入范围，那么默认处理整个数据。

1.5 SARscape Preferences预设

首先选择适用于 Sentinel-1的一套系统参数。打开​​SARscape----Preferences----Perference specific​​​，单 击 ​​Load Preferences​​，选择Sentinel TOPSAR，在弹出的对话框上选择“是”。在参数设置面板上点击 OK。

2 导入数据

工具路径：​​SARscape----SAR Spaceborne----Single Sensor----Sentinel-1​​ 任何数据在正式的处理之前，都要先“导入数据”，目的就是先处理成软件可以处理的格式

这一步就是将下载好的sentinel-1数据处理成pwr和slc格式的数据，需要说明的是，SARscape处理好的数据的后缀不是.xx，而是_xx。

2.1 打开工具，导入数据

• 选择SAR数据，SARscape5.6.2可以选择zip压缩包或者safe文件（解压后的数据文件夹里面有），如果是老版本，不能选择压缩包，只能选择safe文件。

2.2 选择研究区矢量范围，我提前画好了一个shp，直接选择即可

2.3 勾选自动命名

2.4 选择输出文件夹

3 基线估算（可选）

从这里开始，升轨和降轨的数据就要分开计算了，下面我将使用降轨数据。

基线估算的目的是获取干涉 SAR 像对的基线信息，看干涉像对的基线是否小于临界值和能否取得好的干涉结果，这一步的结果显示在基线估算面板上方便直接查看。

3.1 导入数据

在导入数据之前，要定义哪个是主数据（master）哪个是副数据（slave），一般而言，时间更早的是主数据（master），时间更晚的是副数据（slave）。这是因为相位转形变需要*负号，如果早期为slave数据，那么计算结果就不是沉降，而是抬升。
工具路径如下：
​​​SARscape----Interferometry----Interferometric Tools----Baseline Estimation​​ 数据导入如下，Optional Files和Parameters都默认。点击Exec运行。

3.2 查看估算结果

​​1.Baseline Estimation 基线估算报表​​

从基线估算报表中可知

1. 该数据对的空间基线为 57.155 米（远小于临界基线5692.736米），相位每变化一个 2π周期，高程的变化是0.028米（DInSAR）。
2. 能探测最小高程变化：2 PI Ambiguity height(m) = 247.073。
3. 能探测最小形变量：2 PI Ambiguity displacement(m) = 0.028。

Normal Baseline (m) = 57.155  Critical Baseline min - max(m) = [-5692.736] - [5692.736]
Range Shift (pixels)    = -0.066
Azimuth Shift (pixels)  = -0.701
Slant Range Distance (m)  = 851286.292
Absolute Time Baseline (Days) = 12
Doppler Centroid diff. (Hz) = -6.890  Critical min-max (Hz) = [-486.486] - [486.486]
2 PI Ambiguity height (InSAR) (m) = 247.073
2 PI Ambiguity displacement (DInSAR) (m) = 0.028
1 Pixel Shift Ambiguity height (Stereo Radargrammetry) (m) = 83016.538
1 Pixel Shift Ambiguity displacement (Amplitude Tracking) (m) = 9.318
Master Incidence Angle = 36.738  Absolute Incidence Angle difference = 0.004
Pair potentially suited for Interferometry,

​​2.InSAR​​

​​3.DInSAR​​

​​4.理论高程精度​​

​​5.理论形变精度​​

4 制作DEM

参考文章：
​​​SARscape手动下载30mDEM（SRTM1 V3）切片数据-[EC: 40008]​​一定要看这个文章！！！！

打开​​/SARscape/General Tools/DEM Extraction/SRTM-1 Version 3​​

4.1 输入处理好的强度pwr数据作为范围参考

4.2 设置DEM output参数

4.3 设置DEM分辨率，30m

4.4 设置输出路径

点击Exec执行，然后就能看到输出的DEM了。

5 生成干涉图Interferogram Generation

打开​​/SARscape/Interferometry/Phase Processing/1 - Interferogram Generation​​，这一步耗时较久。

5.1 输入主从影像，主影像是早期，从影像是晚期

输入两景 SLC 数据，输出数据是经过配准和多视的两景数据的残差相位图，和主从影像的强度图。

导入数据时会自动显示数据信息。

5.2 输入DEM

Optional Files默认

5.3 设置多视比等其他参数

注意勾选​​Coregistration With DEM​​​为​​True​​

5.4 设置输出根名

根名就是数据名称的前缀

点击Exec执行查看干涉结果

6 自适应滤波及相干性生成Adaptive Filter and Coherence Generation

工具路径：​​/SARscape/Interferometry/Phase Processing/2 - Adaptive Filter and Coherence Generation​​

6.1 选择干涉文件dint，选择主master从slave影像

6.2 设置参数

这个参数可以是默认的，也可以自己更改滤波窗口的大小，所谓滤波窗口的大小，就是滤波器的大小，是以像元为单位的，比如Size为64，那么这个滤波器就是64*64像元。

6.3 滤波后输出

• 一般设定输出的根名就行，软件在导出的时候会自动填写后缀，后缀一般是fint



• 滤波之后的结果，将这个结果和前一步的干涉结果对比，可以发现整张图像更加顺滑，噪点少了很多。



• 查看相干性图CC

7 解缠 Phase Unwrapping

这一步耗时较久

工具路径：​​/SARscape/Interferometry/Phase Processing/3 - Phase Unwrapping​​

干涉相位只能以 2π为模，所以只要相位变化超过了 2π，就会重新开始和循环。相位解缠是对去平和滤波后的位相进行相位解缠，解决 2π 模糊的问题。

解缠的干涉图显示了区域的总形变量的总位移。

7.1 输入相干性文件cc和滤波后的干涉文件fint

7.2 设置参数

1.解缠算法包括：区域增长法（Region Growing） 、最小费用流算法（Minimum Cost Flow） 、改进的最小费用流法（Delaunay MCF）。
2.可以设置一个不太大的相关性阈值Coherence threshold（如 0.15 和 0.2 之间） ，可以避免相位解缠结果中不连续的区域产生“相位孤岛”

解缠方法选择最小费流法（Minimum Cost Flow）

7.3 输出并查看解缠图像upha

换一个颜色

这样一看就有那味儿了，但是还要接着处理。

8 轨道精炼和重去平 Refinement and Re-flattening

这一步耗时较短。
工具路径：​​​/SARscape/Interferometry/Phase Processing/4 - Refinement and Re-flattening​​

8.1 输入相关文件

8.2 制作并输入轨道精炼地面控制点GCPs（Ground Control Points）

• 点击Next，手动插入GCPs，一般选择如下区域：

• 地形比较平坦，
• 形变较小，远离主形变区
• 没有阴影、叠掩、坍缩。

• 插入完成之后，根据_fint图检查这些GCPs，如果有些点在坡度较大的地区、在形变较大的区域，那就要移动或者删除这样的点。点击​​Edit/Modify​​



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• 点击​​finish​​

8.3 输入DEM

• 参数设置



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8.4 查看处理结果

• 处理结束后， 得到重去平后的输出结果​​_reflat_fint​​​和​​_reflat_upha​​​，并显示​​Refinement Results​​。由报告可知，均方根误差为31.369，小于100都满足最低要求，但越小越好。



• 轨道精炼前后对比

9 相位转形变Phase to Displacement Conversion and Geocoding

工具路径：​​/SARscape/Interferometry/Phase Processing/5B - Phase to Displacement Conversion and Geocoding​​

9.1 输入cc和upha

9.2 输入DEM

• 参数默认

9.3 输出并查看结果

形变图如下，算是一个很标准的蝴蝶图

10 简单分析与验证

• 右键形变图，打开快速统计​​Quick Stats​​，可以查看栅格数据的值及特征



• 可以看到形变的最大值和最小值，最大值约为0.68m，最小值约为-0.598m



• 参阅门源地震的相关论文，可以验证这个形变数据是否准确

• 中科院青藏高原所发布的信息表明降轨形变量最大约为70cm​​2022年1月8日青海门源6.9级地震InSAR同震形变场​​



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• 论文《2022 年青海门源 Mw6.9 地震同震形变及断层滑动分布反演》（作者：金鑫田）中指出降轨沉降量约为0.7m，隆升形变量约为0.8m

11 在Google Earth中查看各项成果图

• 在输出文件夹中找到​​root name_reflat_disp_cc_geo_ql.kml​​



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• 把这个kml拖入Google Earth



• 找到刚刚拖进来的文件，点开到下一级，右键属性，调整透明度，即可看到相干性图和实地的对比



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• 查看形变图也是同理，将形变图叠置在倾斜山体模型上可以看得更清楚

11 制作形变专题图

• 将形变图导出，在GIS软件中查看并出图

• 选择形变图，导出为TIFF格式
• 打开​​File----Save As----Save As…（ENVI,NITF,TIFF）​​



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• 选择TIFF格式



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