涉技術(Temporarily Coherent Point SAR Interferometry, TCPInSAR)對地表變形進 行監測,再嘗試於資料後處理時加入 GPS 資料以消除水平場影響量,以水準測 量成果進行比對,評估 ALOS 影像以 TCPInSAR 技術解算用於彰雲嘉地層下陷 監測的可行性。
1.2 文獻回顧
合成孔徑雷達干涉技術(Interferometry Synthetic Aperture Radar, InSAR)於
有對月球的觀測研究(Zisk,1972)。Graham(1974)在傳統的 SAR 系統上加裝一橫軌
Gabriel et al. (1989)證實了利用 DInSAR 技術能夠獲得公分級精度的變形量,
其使用三張 Seasat 影像以 DInSAR 技術獲得兩幅干涉條紋圖(interferogram),並 得到地表變形量。Massonnet et al. (1995)使用 ERS 於地震前後的兩幅影像產生干 涉圖,再使用現有 DEM 資料扣除地形效應後,得到僅受地震影響的干涉圖,成 et al.,1995;Lu et al.,1998);而 Joughin et al. (1995) and Rignot et al. (1995)則利用 DInSAR 技術作冰河漂移監測;以及 Massonnet et al. (1997)監測加州 East Mesa 地熱區的地層下陷(Subsidence),且因地層下陷問題為全球許多地區遭遇的問題,
陸續有相關研究應用 DInSAR 於地層下陷監測 (Galloway et al.,1998;Amelung et al.,1999;Hoffmann et al., 2001)。
然而 DInSAR 較適用於平原都會地區,在山區與植被較厚的地區,因地表特 徵物會隨時間變化及受到大氣效應影響,使得干涉成果的精確性較差。而雷達波 雖然可以穿透大氣中的雲、霧及水氣,但可能使雷達波傳遞遲滯,進而造成計算 誤差(Pathier, 2003)。
為改善 DInSAR 技術的限制,Ferretti et al. (2000)提出永久散射體(Permanent Scatterer, PS)的概念與 PSInSAR 處理程序,PSC(PS Candidate)選取是基於多張 SAR 影像的強度值(Amplitude)與其變異程度,強度值高的像素在影像上較亮且 容易辨識,當多張影像中像素的標準差與像素強度平均值之比值小於一門檻時,
則將該像素視為 PSC。基於像素強度值進行 PSC 挑選需要多於 30 張影像(Ferretti et al.,2001)才具有統計意義,最後由 PSC 中萃取出 PS 點並得到 PS 點的形變速率、
DEM 誤差與大氣效應誤差。而後多位學者改善並發展出永久散射體干涉技術 (Persistent Scatters SAR Interferometry, PSI),Hooper et al. (2004) and Kampes (2006) 根據相位的穩定性來辨識 PSI 點,能夠找出具有較低振幅但變化穩定之 PS 點。
PSInSAR 將原先 DInSAR 處理中,因 DEM、大氣遲滯效應與地表物非同調性引 起的誤差降低,進而提高干涉測量成果之精確度與可信度並獲得時間序列上的地 解決上述問題,Zhang et al. (2011a;2011b;2012a;2012b)提出了 TCPInSAR (Temporarily Coherence Point SAR Interferometry)技術,使用最小二乘法進行參數
同調性時會因罩窗尺寸改變,此情形於低相關區域更為明顯,改以像素強度值估 算像素偏移量標準差,可在低振幅區域找到更多偏移量變化小且一致的 TCP,亦 與永久散射體的概念相似。
台灣亦有許多 InSAR 的相關研究,近年來對於台灣西部彰化、雲林與嘉義 地區的研究則包含 DInSAR 和 PSInSAR 相關技術。盧玉芳(2007)以 PSInSAR 對 雲林縣土庫與元長兩鄉鎮進行監測,發現於 1996 至 1999 年,此地區最大下陷可 達 7 cm/year,與水準測量相比精度應可達公分等級。童忻(2008)同樣研究 1996 至 1999 年雲林地區於內陸地區最大下陷量達 6 cm/year,沿海地區則有 1.58 cm/yaer 下陷。Hung et al. (2010)則應用了 DInSAR 監測雲林地區的地層下陷情形,
成果與水準測量之 RMSE 約 1 至 2 cm/year,並使用 Fusion 法結合水準測量與 DInSAR 資料,使 RMSE 提升至 0.7 至 0.9 cm/year。而 Hung et al. (2011)亦使用 PSInSAR 技術對濁水溪沖積扇進行監測,於彰化和雲林地區都觀察到最大下陷 7 cm/year,甚至於六輕工業區部分可達下陷速率 8cm/year,與水準測量的 RMSE 為 0.6 cm/year(圖 1.2.2),使用 Fusion 結合水準測量與 PSInSAR 成果後,RMSE 提升至 0.4 cm/year(圖 1.2.3)。楊佳祥(2011)提出了改良式 PSInSAR 技術,使用 短基線進行影像配對,並測試不同同調性門檻,得到較多的 PSC 點位,而解算 成果精密度 RMS 為 1.52 cm/year。蘇柏宗(2012)則使用多組不同主影像的
PSInSAR 成果,以多餘觀測的概念解算出一組平均成果,成果精度 RMS 由 1.53 cm/year 提升至 0.71 cm/year。
圖 1.2.1 雲林地區 1996 年至 1999 年地表形變速率(LOS 向)(Tung et al.,2012)
圖 1.2.3 濁水溪沖積扇 2006 年至 2008 年地表垂直下陷速率 PSInSAR 與水準測 量 Fusion 成果(Hung et al., 2011)
1.3 論文大綱 第一章:緒論
包含研究動機與目的、文獻回顧與本文章節架構說明。