摘要：地震、火山、滑坡和地面沉降等地质灾害越来越严重地威胁着人类，地面变形监测和测量显得尤为重要。D-InSAR 技术是新近发展起来的一种极具应用潜力的地表形变监测手段。本文利用DORIS 软件对Bam 古城震后的形变量进行提取，结果表明，在研究区相干性较好的前提下，借助于DORIS 软件进行的D-InSAR 处理可以获得mm 级的形变量。
关键词：地面变形；DORIS 软件；D-InSAR 技术；Bam 古城
中图分类号：
STUDY ON DORIS SOFTWARE APPLIED TO D-INSAR TECHNOLOGY
Bian Lei
HoHai University Nanjing
Abstract： Geology disaster, such as Earthquake, volcano, coast and ground settlement, threaten the human more
and more badly, Therefore, it is of particular importance to monitor and measure ground deformation. D-InSAR
technology is a powerful method to monitor the ground deformation. The paper extracts deformation of Bam
ancient city after earthquake by DORIS software. The result shows that D-InSAR technology can gain a
deformation with the precision of millimeter level can be gained with the help of DORIS software.
Key words：Ground deformation；DORIS software；D-InSAR technology；Bam ancient city
1 引 言
常规遥感测量技术不但需要地面控制点，而且受时间、空间及气象条件的限制。新近发展的星载合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术主要应用于常规光学遥感图像难以获得的地区进行地形测量，来进行地形图的绘制和DEM的建立。此外，较多地用于火山地形的测量和极地地形测量来获取高精度的地
形数据，还可以利用干涉相关性来进行土地利用分类和积雪的划分。InSAR所测地形地貌的精度由于
成像几何和干涉图像质量不同而有较大的波动，精度好的可达米级。研究表明，InSAR更适合在植被
稀少、地表干旱的我国西部地区开展地形测量工作。而在植被茂密、水域广泛分布的我国东部和南部地区，由于时间去相关现象较为严重，其精度受到严重影响。
差分干涉雷达测量（D-InSAR）技术是利用同
一地区的两幅干涉图像，其中一幅是通过形变前的
两幅SAR 获取的干涉图像，其干涉相位只包含地形
信息，另一幅是通过形变前后两幅SAR 图像获取的
干涉图像，这两幅SAR 图像所形成的干涉纹图的
相位既包含了区域的地形信息，又包含了观测期间
地表的形变信息,其中由地面高程引起的干涉条纹
与基线距有关，而由地面变化引起的干涉条纹与基
线距无关，所以我们可以通过两幅干涉图差分处理
将地形干涉相位去除掉，来获取地表微量形变。这
需要有一张能精确反映地形的干涉图或精确的
DEM。这种方法能感受到mm 级的变化。
由于D-InSAR能获得mm级的高精度三维形变
[1]，是目前唯一的一种同时具有全天候、低成本、
大覆盖和高精度优点的极具应用潜力的地表形变监
测手段，为地表变形监测提供了新方法。可用于地
壳变形、地震变形、地面沉降、山体滑坡、火山变
形和冰川移动等较大面积的地表变形测量和大型工
程（如水库、大坝、桥梁和管线）的形变监测，尤
其在突发性的形变监测中可获得较好的效果[2]。
2 DORIS 软件用于D-InSAR 处理
D-InSAR技术发展到现在，许多算法都已经比
较成熟，目前国内外已经有许多机构和科研单位开
发出了可用于干涉测量处理的软件，例如瑞士
1
Gamma Remote Sensing 公司推出的基于
Windows操作系统GAMMA-SAR 软件， 加拿大
Atlantis公司的Earthview-InSAR等。
1999 年荷兰Delft 科技大学(Delft University of
Technology) 的Kampes 等人推出了一套跨平台
InSAR 处理软件DORIS (Delft Object oriented Radar
Interferometric Software)。该软件是使用面向对象的
C + +语言编写的，以若干公共开源软件(如FFTW，
GETORB，SNAPHU，GMT 等)为辅助，主要运行
环境为Unix 操作系统，在Linux 系统或Windows
+Cygwin 操作环境下运行效率也很高[3]。
3 伊朗Bam 地区地震形变初步研究
由于阿拉伯板块北移（3cm/year）与欧亚板块
挤压造成的应力集中最终导致在2003 年12 月26
日世界时01:56:52，伊朗东南部的巴姆（Bam）地
区发生了强烈的直下型地震，震级达到6.5 级，震
中经纬度为29.01°N，58.26°E。地震导致的地球板
块形变非常广泛，以至于跨越了整个伊朗并且延伸
到了土耳其。造成了巨大的人员伤亡和财产损失，
蔚为壮观的Bam 古城遗址也毁于一旦[5]。
完全免费软件，其源代码是开放的，利于研究者开
发使用。目前，DORIS 可以处理绝大部分星载雷达
的数据，如：欧空局的ERS-1/2、ENVISAT 数据、
日本的JERS 数据及加拿大的RADARSAT 数据。
DORIS软件进行SAR数据处理大致可以分为4
个模块：原始数据读取模块、配准和参考椭球相位
计算模块、复相位图像和相干图计算模块、DEM 和
形变干涉图生成模块。具体运行时分为7 步：
input.m_initial、input.s_initial、input.coregistration、
input.resample 、input.products 、input.filter_unwrap
和input.s2h_geocode。它以SLC 影像为初始输入数
据，通过粗匹配、像素级匹配和亚像素级匹配，重
采样，干涉图生成和去平地效应，干涉图滤波和解
缠，高程转换和地理编码最终可生成DEM 或形变
图。处理过程中，必须按照模块的顺序来处理，但
几个滤波的处理，可以选择是否进行，这些处理可
以针对不同的噪音来去除，以提升处理的结果。一
般每一步都以上一步的处理结果作为输入参数，每
一模块处理完后都会输出相应的结果[4]。其完整的
处理流程如图1。
欧空局的ENVISAT 卫星监测到了地震发生的
全过程，为便于全世界的研究机构能更好地研究该
地震的全过程，从事这方面研究的科学工作者均可
以免费向欧空局申请该数据。
3.1 干涉像对的选取
欧空局共提供了7 景ENVISAT ASAR 数据，7
景ASAR 数据均为SLC 格式，Image Mode 模式，
Swath2 成像带（即雷达侧视倾角与ERS 相同，入
射角范围为：19.2°-26.7°）,VV 极化方式，其中
4 景为降轨（Bam 位于图像中部），3 景为升轨（Bam
数据输入（主 副）
读取数据
获取精密轨道参数（可选）
配准
基线计算
初配准
方位向滤波（可选）
重采样
转换参数
重采样
生成干涉图
去平地
以DEM 去平地（可选）
解缠（SNAPHU 软件）
消除相位噪声
解缠
计算高程（DEM 或形变图）
高程转换
地理编码
图1 DORIS 处理SAR 数据流程图
代写论文
2
根据上面7景数据的相关信息，选择轨道号为
6687（震前）、9192（震前）和9693（震后）的三景
升轨ASAR数据进行“三通”差分干涉处理。图3为
2003年12月03日获取的覆盖了Bam地区的ASAR数
据。
图3 DORIS读取出的ASAR影像
3.2 用DORIS 获取Bam 地区的形变
由于我们所获取的震后数据在截取时存在一定
的问题，所以获得的地震震中形变条纹与国际同行
的初步研究结果存在一定的差别。
选取Bam古城所在区域进行小范围的差分干涉
处理，以9192为主图像， 6687和9192作为topo-pair
像对生成DEM，9192和9693作为defo-pair像对获得
古城位于图像边缘）。图2为这7景数据的相关信息。
形变图，对Bam地震震中形变进行分析和提取。
利用DORIS软件按照图1中的步骤进行差分处
理后，分别得到其相干性图（图4和图5）、形变前仅
包含地形相位的干涉条纹图（图6），去除地形相位
后的形变图（图7），所有干涉图都做了30：12的多
视处理。从得到的相干性图知，因研究区域为城区，
植被稀少，故形变前后都保持了很好的相干性，得
到的干涉图质量较好。
3.3 Bam 地区形变结果分析
干涉相位相对于高程变化的敏感度方程为：
⊥
Δ = −
B
h R λ θ
π
sin
2 2
图4 topo-pair像对相干性图
图2 Bam地区ASAR数据相关信息
代写论文
3
图5 defo-pair像对相干性图
图6 只包含地形相位的干涉图
显然，一个整周干涉相位变化2π 对应于高程
变化的估计值为2π Δh 。由公式知，增加垂直基线可
降低高程差，过大的垂直基线会导致干涉相位的几
何失相关，即引起严重的相位噪声。而垂直基线越
小，干涉相位对地形的敏感度越低，故残余的地形
影响越小[6]。
而一个整周差分干涉相位变化2π 所对应的地
表形变量为λ / 2 ，即半个波长。差分相位对地表形
变的敏感度相对于地形变化更敏感。
Topo-Pair像对的垂直基线长达476m，故图6的
干涉图中每一条干涉条纹对应着18.7m的高程变化。
借助于MATLAB软件对该干涉图进行三维显示，得
出图9所示的地形图。该地形图很好地显示了当地地
形起伏情况。
在图8的形变图中，每一个干涉条纹代表的
2.8cm的雷达视线向位移量，从图中可以清晰地看
到，由于地震的影响，在地表形成了一个蝴蝶状的
图7 包含地形和形变相位的干涉图
图8 去除地形相位的形变图
形变场，上升的一边大约有11个干涉条纹，在雷达
视线方向上的形变量可达300mm，下沉的一边有6
个干涉条纹， 形变量可达180mm。 图11 是用
MATLAB显示的三维形变图，可以清晰地看到上升
和下沉的情况。对比同行人员的研究结果知，获得
的地震震中形变条纹与其有很好的一致性。
代写论文
4
图9 地形图的三维显示
图10 形变图的三维显示
4 结论
借助于DORIS软件对Bam地区地震前后的SAR
SLC数据进行“三通”差分干涉处理，得到了震后
的地表形变量。结果表明，D-InSAR技术可以获取
由于地震作用导致的地表细微形变信息。在研究区
域相干性较高的条件下，利用该技术可以进行大面
积、快速度、低成本、高精度的形变测量，其在地
表形变研究中将具有非常广阔的应用前景。另外，
DORIS软件功能比较强大，可以进行有效的SAR数
据处理。和其他软件相比，其开放式的源代码，有
利于从事这方面研究的学者进行更深一步的探讨。
参考文献：
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[4] PETAR S. MAR INKOVIC, RAMON F. HANSSEN, BERTM. KAMPES. Utilization of parallelization
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[5] 苏卫江,苏宗正．2003 年12月26日伊朗巴姆地震[J]．山西地震，2004，4（2）：47-48．
[6] 舒宁．雷达影像干涉测量原理[M]．武汉：武汉大学出版社，2003．
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