INSAR雷达卫星数据形变监测方面的主要应用（ALOS-2卫星、高分三号卫星城市沉降、矿山形变、地震形变、火山活动、基础设施形变、冰山运动、地质灾害监测等）
INSAR卫星雷达应用目前受到越来越高的重视，雷达数据具有光学数据所不具有的特性，可以对物体形变进行很好的监测，为城市沉降、矿山形变、地震形变、火山活动、基础设施形变、冰山运动、地质灾害监测等带来帮助。1、 城市沉降监测
随着全球城市化进展的不断加快，导致城市形变的原因也越来越多元化，如地下资源的过度开发/采、建筑物及基础设施的大量修建以及软土层的压实等导致的地表形变。城市区域内多为人工建筑物，其散射特性比较稳定，可以很大程度地减少InSAR技术中的时间失相干，从而得到较为可靠的形变信号, 因此城市监测技术及应用研究一直是InSAR技术的研究热点[42]。
根据城市沉降的主要成因，InSAR城市沉降监测主要包括：① 因过度抽取地下水而导致的大范围、大量级形变的城市，如上海[17]、北京[43]等区域的时序形变监测都取得了显著效果；② 因基础设施的大量修建等导致的地表形变，如上海、深圳、广州等地铁沿线的形变[44]；③ 因软土地质压实导致的形变，如填海区的时序形变监测[44]。
随着SAR影像分辨率的提高和轨道重返周期的缩短，InSAR在城区监测中的应用会越来越广泛的同时也面临着一些挑战。例如，由于高分影像中因高楼而导致的条纹过于密集，从而导致相位解缠困难的问题；由于已有的外部DEM数据分辨率和精度均较低，导致大量DEM相位残留的问题；由于常用的MT-InSAR技术均假设各PS/DS点上的形变均为线性形变，而在很多城市形变并不满足这一条件，导致形变信息误估的问题。
2、矿山形变监测
自从2000年文献[45]利用DInSAR监测了法国Gardanne附近煤矿的地表沉降以来，InSAR技术已逐渐成为矿区地表形变监测和预计的重要工具之一。目前，InSAR技术在矿区应用研究主要包括以下两个方面：① 矿区地表InSAR三维形变高精度监测；② 基于InSAR的矿区地表变形预计。
在矿区地表三维或三维时序形变高精度监测方面，文献[46]将SBAS-InSAR用于监测湖南冷水江锡矿山地表LOS向形变以来，其他时序InSAR技术(如Stacking InSAR和PS-InSAR)，也被相继引入了矿区地表LOS向时序形变监测。但由于获取的时序形变沿着LOS方向，而非地表真实三维形变，因此，文献[47]提出利用3个不同平台或轨道SAR数据估计地表三维时序形变。但该方法对于数据要求比较苛刻，所以实际应用前景有限。文献[48]引入开采沉陷模型，实现了基于单个InSAR干涉对的矿区地表三维形变估计。文献[49]将Li的方法扩展到基于单个雷达成像几何学SAR数据的矿区地表三维时序形变监测。
在基于InSAR的矿区地表变形预计方面，文献[50]提出结合概率积分法模型和InSAR技术实现了矿区地表沉降预计。然而，由于该方法方法忽略了水平移动对LOS形变的贡献，且无法估计全部的概率积分法参数，所以其实际应用受到了一定的制约。文献[51]建立了概率积分法全部参数与InSAR LOS向形变之间的函数模型，实现了基于InSAR的矿区全盆地任意方向的形变预计。文献[52]引入Boltzmann函数改进了其2016年提出的函数模型，实现了不同采动程度下的矿区地表全盆地变形预计。
矿区地表形变范围小、梯度大，因此失相关是目前InSAR矿区应用的主要瓶颈。但随着目前长波长、短时空基线的SAR卫星的发射，如ALOS 2和Sentinel-1A/B(见表 1)，该问题应该有所突破。此外，当前的InSAR矿区应用主要着眼于地表形变监测和预计，对于如何利用InSAR分析矿区沉降机理以及矿区生态环境修复等领域则较少涉足。
3、地震形变监测
地震的形变监测是目前InSAR技术应用最为广泛和成功的领域之一。文献[53]利用InSAR技术成功获得1992 Lander地震形变以来，世界范围内数以百计的地震已经通过InSAR技术进行了研究。根据InSAR监测的形变量级大小和技术来分，可以分为两类：InSAR同震形变监测和InSAR震后或震间形变监测。
同震的形变量级一般较大(分米至米级)，虽然D-InSAR技术可以获得较好的监测效果，但是由于InSAR技术侧视成像几何的限制，无法估计地震三维形变[40]。因此，近年来围绕如何融合不同观测几何和不同卫星传感器观测获得有益于地震解释的三维形变场开展了大量的研究，在该方面文献[40]进行了较系统的综述。同时，为了提高地震形变监测的精度，大量学者针对D-InSAR技术中轨道误差、大气误差和电离层异常误差的去除也开展了一系列研究[12]。另外，由于InSAR相位在大形变量级的近场往往会失相干，无法获得有效观测值，Offset-Tracking技术成为目前大地震近场形变监测的重要补充。
震后和震间形变量级一般较小(厘米至毫米级)，需要应用精度更高的MT-InSAR技术才能满足精度要求。目前MT-InSAR技术在时间失相干和大气误差的改进都对震间和震后形变的监测起到了帮助，已经成功在世界范围内的多个重要断裂上得到应用，如美国加州的San Andreas断裂[54]，土耳其的North Anatolian断裂[55]等。InSAR技术也在我国的海源断裂和鲜水河断裂也有大量的尝试和研究工作[55]。另外，由于受到茂盛植被的影响，CR-InSAR等人工散射体技术也被用于辅助震间形变的监测[56]。
InSAR地震形变监测一方面得益于技术的提高和创新，可以为地震参数反演提供更为精确可靠的观测值；另一方面也跟SAR卫星软硬件的提高紧密相连，特别是SAR数据的全球无缝覆盖和高密度重返都会为抗震救灾，地震监测提供重要的数据源。
4、 火山活动监测
InSAR十分适合测量由于火山岩脉入侵，岩浆囊膨胀和收缩和地热系统引起的复杂地表形变。文献[57]首次利用InSAR监测了Etna火山的地表形变。通过分析32景升轨和60景降轨干涉图，文献[57]从12景相干性较好的干涉图识别出伴随着1993年Etna火山喷发的稳定的地表收缩信号。
文献[60]利用InSAR观测了位于哥拉帕戈斯群岛的Fernandina火山产生的地表形变，发现入侵的火山岩脉的倾角在浅层发生了大约为35°的旋转。文献[61]通过研究覆盖该火山多次喷发的一系列干涉图，发现火山岩脉的入侵可以改变应力场从而控制下次岩脉入侵的几何和位置。文献[62]监测了位于哥拉帕戈斯群岛最北端的Wolf火山发生了喷发；通过反演InSAR监测的地表形变，发现Wolf火山体浅层存在两个岩浆囊，它们分别位于地下1 km和5 km处。最著名的离散板块边界火山活动监测当属2005年至2010年位于埃塞俄比亚的Dabbahu岩脉入侵[63]和2014年位于冰岛的Bardarbunga岩脉入侵[64]。岩浆容积约为1 km3的岩脉传播大约65 km的距离。InSAR的监测结果表明该入侵致使地表产生了大约6 m地表形变并在岩脉的上方形成了2~3 km宽的地堑。通过利用高分辨率的COSMO-SkyMed数据，文献[64]成功提取了2014年Bardarbunga岩脉入侵产生的地表三维形变场。
在火山弧监测方面，文献[65]利用C波段InSAR普查了Andes山脉大约900座火山。他们发现了4处明显的地表形变区域并估计处火山的岩浆囊可能处于地下5~17 km之间。文献[66]进一步利用InSAR数据普查了拉丁美洲和Andes南部的火山并发现了11处火山形变明显区域。L波段InSAR数据被广泛的应用于热带地区火山形变的监测。以印度尼西亚为例，文献[67]的InSAR普查结果显示6座火山正处于膨胀阶段其中3座火山于观察后发生了喷发。
尽管至今InSAR已经成功的观测了至少160座火山的地表形变，但是如何利用InSAR形变监测数据进行火山喷发早期预警，如何联合地表形变和物理模型准确的估计地下岩浆囊具体物理参数，如何有效地考虑建模时地形的影响，仍然是InSAR在火山学研究中需要考虑和解决的一些重要问题。
5、基础设施形变监测
基础设施，如高速公路、高速铁路、发电设施、码头等，是社会经济发展的链条。受区域不合理的人类工程活动等因素的影响，基础设施周边出现严重的地表形变，影响基础设施的地基稳定性，对基础设施的安全运营造成潜在的安全威胁。因此，监测基础设施地表形变，对于保障基础设施稳定安全运营具有重要的现实意义。MT-InSAR技术能够快速提供高精度、高空间分辨率以及大范围空间连续覆盖的地表形变监测结果，为基础设施地表形变监测提供更全面有效的手段[68]。
近年来，随着SAR卫星的不断发展，SAR影像的空间分辨率不断提高，最高达到0.25 m，极大地提高了InSAR技术的精细化形变监测能力[69]，使得InSAR技术在基础设施的形变监测应用不断扩宽。尽管InSAR在基础设施形变监测中取得了较好的应用效果，但是InSAR在实际应用中仍存在挑战。由于受最小天线面积的限制，传统SAR传感器无法在满足影像分辨率和幅宽的同时提高，因而难以实现超大范围高分辨率基础设施的形变监测，例如我国京广高铁线路(上千千米长度)。
6、冰川运动监测
由于微波能穿透一定深度的冰/雪面，InSAR观测可以不受冰雪表面光学对比度/纹理的制约。此外，冰川区经常被云层覆盖，而微波却可以穿透云层。因此，在冰川动态监测方面InSAR相对其他手段有巨大优势。当前，InSAR技术在冰川的应用主要体现在3个方面；① 利用InSAR相干性提取冰川边界。由于形变和融化等影响，冰面相干性普遍要低于非冰面，快速流动冰面普遍要低于缓慢流动冰面，因此根据相干性分布可以提取冰川边界以及入海冰川的陆上部分[70]。② 利用D-InSAR技术监测冰川流速。1993年Goldstein等首次利用D-InSAR技术获取了南极Rutford冰川的流速。随后，D-InSAR技术被广泛应用于格陵兰岛[66]、南极[71]、斯瓦尔巴特群岛[72]等区域的冰川流速监测中。然而在中低纬度区域，受冰面InSAR相干性低的限制，相关的研究仅局限于部分流速较为缓慢的冰川，例如珠峰地区Khumbu冰川和Kangshung冰川[73]，唐古拉山冬克玛底冰川[70]。由于测量的是一维形变，单轨道D-InSAR很难反映冰川真实流速信息。针对这一问题，基于冰面平行于河床流动的假设和升降轨数据融合，文献[74]采用D-InSAR技术估计格陵兰岛的Storstrømmen冰川的三维流速。很明显，这种三维流速解算并不是严格的。于是文献[75]通过4个Radarsat影像干涉来重建埃尔斯米尔岛北部Henrietta Nesmith冰川的真三维流速。但这种基于多角度的严格三维观测需要有足够的数据支撑，在中低纬度区域很难满足。虽然采用MAI技术基于单个SAR影像对可以同时获取冰川在雷达视线向和方位向的流度，但事实上MAI技术对影像的相干性要求更高。因此，一般情况下的冰川三维流速监测须联合D-InSAR、MAI、Offset-tracking等多种SAR技术[40]，而如何给各个观测值合理定权则具有一定的挑战性。③ 利用InSAR技术监测冰川的厚度变化。2000年基于单轨双天线InSAR技术获取的SRTM DEM因其精度稳定被广泛采纳为冰川厚度变化监测中的历史或最新高程数据来源[76]。然而其他SAR卫星任务多为常规重复轨道单天线模式，InSAR技术因为受到大气和冰川形变等影响很难准确获取冰川高程。纯InSAR技术成功监测冰川厚度变化的案例集中出现在TanDEM-X数据公开后(2013年)。TerraSAR-X和姊妹星TanDEM-X组成的双基站星座可以获取几乎不受大气变化和冰面形变影响的干涉对。自2013以来，利用TanDEM-X双基站干涉对与SRTM DEM来获取冰川厚度变化的研究在南极洲[77]、格陵兰岛[78]、高亚洲[79]等地区陆续开展，极大地丰富了社会对山岳冰川响应全球气候变化的认知。
7、 冻土过程监测
近年来，在全球气候变暖和人类活动的干扰下，全球多年冻土均发生了不同程度的退化，引起了水土流失、草场退化和环境变化，对寒区的重点工程和设施的安全造成了威胁。大范围高精度高分辨率的对多年冻土区的进行形变监测和活动层厚度变化监测，对寒区安全平稳的可持续发展具有非常重要的科学意义。
InSAR为多年冻土区形变监测方法和活动层厚度的监测提供了一种全新的、非常有效的测量方法。文献[80]采用D-InSAR探测加拿大北部地区的冻土区地表变形，开创了InSAR技术在冻土区形变监测方面的先河。随着InSAR技术的发展，PS-InSAR、SBAS-InSAR技术也相继被用于监测冻土区地表形变。但由于冻土区地表形变复杂，文献[81、83]分别提出了并采用考虑冻土融化时发生沉降累积时间的形变观测模型、三次幂函数形变模型、周期性模型、顾及气候因子影响的形变模型用于监测不同冻土区的地表形变，取得了比较可靠的结果。利用InSAR技术获取冻土活动层厚度的研究仍处于探讨阶段。文献[82]根据水质量守恒，建立形变-活动层厚度反演模型，反演了美国阿拉斯加州北部靠近普拉德霍湾的多年冻土活动层厚度。文献[24]考虑冻土的热物理性质，提出了基于InSAR形变结果与土壤一维热传导模型的活动层厚度反演方法，得到了青藏高原当雄冻土区平均活动层厚度。文献[86]采用Liu等提出活动层厚度反演方法估计了青藏高原腹地地区活动层厚度及其变化速率，与实测数据较为吻合。
InSAR技术在冻土研究中具有广泛的应用潜力。如何利用InSAR监测冻土活动层物理参数，如冻结融化深度、活动层厚度、冻土上限等，仍是一个棘手的问题，仍是未来该技术在该领域应用的研究热点。
8、滑坡灾害监测
早期用于滑坡动态监测的数据主要是ERS-1/2的串行数据，利用传统的D-InSAR技术取得了一系列有益的结果。但是由于滑坡所处环境一般比较复杂，如地形起伏严重、植被覆盖较为茂密、部分滑坡滑动快速等，使得InSAR观测滑坡较为困难。为了解决这些问题，MT-InSAR技术逐渐被运用到了滑坡形变的监测中。
首次PS-InSAR技术的成功试验是文献[13—14]在2000年对意大利Ancona地区开展的滑坡监测。文献[87]尝试将SBAS-InSAR方法用于意大利Maratea山谷的滑坡监测，形变测量精度也得到了实地EDM和GPS观测结果的验证。文献[88]利用PS-InSAR技术对美国Berkley地区的滑坡展开监测，结果表明该滑坡形变历史进程与厄尔尼诺现象存在明显的相关性，该成果发表于国际著名的杂志《Science》上。随后，诸多学者利用或结合PS-InSAR和SBAS-InSAR监测了国内外诸多滑坡。在此期间，欧空局发起了MUSCL和SLAM项目，得到了一系列令人振奋的成果。我国科技部与欧空局的合作项目——“龙计划”，三峡库区重点灾害监测点安装了角反射器，对我国三峡地区的滑坡泥石流等地质灾害进行了监测。
然而，由于已有的MT-InSAR技术基本都是基于地面沉降监测发展而来，对于滑坡监测而言无法达到其最佳性能。此外，地形起伏引起的几何畸变和植被覆盖导致的低相干仍然是InSAR滑坡监测的主要难题，严重时会导致无法得到有效的监测结果。
