InSAR 数据处理引言与研究背景

合成孔径雷达干涉测量（Interferometric Synthetic Aperture Radar，简称 InSAR）是当前地球科学与地表监测领域中最具革命性的空间遥感技术之一。它通过比较不同时相的雷达影像相位差，实现对地表形变的高精度测量，其垂向精度可达毫米级。与传统地面测量或GNSS观测相比，InSAR 具有 大范围覆盖、高空间分辨率、无需地面布站 等显著优势，因此被广泛应用于地震形变、火山活动、冰川运动、地面沉降、滑坡监测等多领域。

自上世纪90年代以来，随着ERS、Envisat、ALOS、Sentinel-1 等卫星的相继发射，InSAR 技术从实验性研究逐步发展为全球连续监测的关键手段。欧洲空间局（ESA）的 Sentinel-1 卫星提供了系统化的全球雷达影像获取，使得基于 时间序列 InSAR（Time-Series InSAR, TS-InSAR） 的长期形变监测成为可能。LiCSBAS、StaMPS、MintPy 等开源软件的出现，极大地推动了InSAR数据自动化处理与科学应用。

InSAR 技术的重要性不仅在于其形变测量能力，更在于它为研究 地壳动力学过程与质量迁移机制 提供了直接观测证据。通过与 GRACE 重力卫星、GNSS 速度场和地质模型的综合分析，InSAR 观测能够揭示固体地球内部的应变积累、地下水和岩浆活动导致的体积变化，以及冰川消融或沉积堆积引起的地表响应。因而，InSAR 已成为地球系统科学中连接“观测—解释—预测”的关键纽带。

COMET-LiCS 数据平台简介

在“全面监测地表形变”的背景下， 一个十分重要的数据源是位于 “LiCSAR Portal”（网址：https://comet.nerc.ac.uk/COMET-LiCS-portal/） 的公共 InSAR 数据集合。以下介绍其主要特点：

数据覆盖与类型

该平台基于 Sentinel‑1A／Sentinel‑1B 卫星的 C 波段合成孔径雷达（SAR）影像，自动生成干涉图、解缠图、相干系数图等产品。 

• 产品包括：Wrapped / unwrapped 干涉图 (.geo.unw.tif)。 

  • 相干系数图 (.geo.cc.tif)。 

  • 几何方向影像（如 .geo.E.tif, .geo.N.tif, .geo.U.tif）用于位移投影。 

• 数据的空间分辨率达到约 0.001°（大致几百米级别）并且面向大区域（板块变形、火山活动、城市沉降等）监测。 

• 覆盖范围广：如撰写于日本的研究就引用了 LiCSAR 产品覆盖 2014-2020 年、包括 30 000+ 干涉图、涵盖全国 73 个城市区域。 

更新与自动化特征

• 数据通过自动流程不断更新：LiCSAR 每当 Sentinel-1 新影像到达，便使用前一影像自动生成新的干涉对。 

• 数据以“帧（frame）”为单位管理：每一帧对应一个轨道或相对轨道，整个系统支持批处理、大规模运算。 

• 产品免费开放下载，并有 API / 服务支持数据选取、批量下载。 

优势与使用场景

• 时空监测能力强：例如，日本研究中用该平台产品实现了 mm/yr 级别城市沉降监测。 

• 门槛低、可重复性强：无需从头处理 SLC 影像，用户可以直接下载已处理的干涉产品，快速进入时间序列分析。 

• 多领域适用：包括构造变形、火山形变、城市沉降、冰川退缩等。 

限制与注意事项

        2. 软件功能与工作流程

        LiCSBAS 的工作流程可大致分为两大阶段：

• 虽然覆盖广，但并非全球所有地区都拥有等同密度与质量的数据；如植被茂密或水体变动区域 coherence 较差。

• 数据测量的是卫星视线（LOS）方向的位移，需要解算或投影才能得到垂直或水平形变分量。 

• 虚假信号（大气延迟、轨道误差等）仍需用户在二次处理时加以处理或校正。该平台也支持大气校正模型（如 GACOS）使用。 

• LiCSBAS 软件简介

• 1. 工具概况

  LiCSBAS 是由 Centre for the Observation and Modelling of Earthquakes, Volcanoes and Tectonics (COMET) 及其研究人员（包括 Yu Morishita 等）开发的一个开源 InSAR 时间序列分析软件包。它基于 LiCSAR 所生成的干涉图（unwrapped interferograms）和相干系数（coherence）产品，为用户提供从干涉图到变形速率和时间序列的完整处理流程。 其核心优势包括：

• 不需要用户从 SLC（Single Look Complex）影像起步处理干涉图，而是直接利用已生成的 GeoTIFF 产品。 

• 集成了质量控制机制（如环路闭合 loop-closure）、降噪掩膜处理，以及可选的大气延迟校正（通过 GACOS）等功能。 

• 开放源码、可定制、适合大范围或区域尺度的反演研究。 

• 准备阶段 (Step 0)：下载干涉图、相干系数、几何/地形文件；可选进行大气校正、掩膜、剪裁。 

• 时间序列分析阶段 (Step 1)：对下载后的数据进行质量控制（如识别解缠差、剔除异常干涉对）、构建最小二乘反演、小基线反演（SBAS）、滤波时间序列并输出速率图、累积变形图。 

• 

LiCSBAS 软件安装使用

从github下载安装包：https://github.com/yumorishita/LiCSBAS

使用anaconda，设置虚拟环境

1）打开terminal，输入conda create -n LiCSBAS python=3.11 ，创建完成LiCSBAS虚拟环境

2）激活虚拟环境，conda activate LiCSBAS

Anaconda 已包含除 gdal 和 shapely 之外的所有必需模块。在安装完 Anaconda 之后，再安装 gdal 和 shapely，例如

conda install gdal shapely

如果你已经为 **LiCSBAS** 创建了虚拟环境，可以通过以下方式使 LiCSBAS_requirements.txt 文件安装所需模块：

conda install --file LiCSBAS_requirements.txt

然后进入LiCSBAS安装包的文件夹

cd /Users/chistrongwen/Documents/InSAR/LiCSBAS-main

然后

source <your_LiCSBAS_path>/LiCSBAS/bashrc_LiCSBAS.sh

最后数据以下代码检验是否安装完成

LiCSBAS_check_install.py

如果输出为以下的内容，则表明安装成功。

LiCSBAS install is OK

1）批量下载影像数据

此步骤将从 COMET-LiCS 网站下载指定帧（frame ID）的 unw（解缠干涉图） 和 cc（相干系数） 的 GeoTIFF 文件。例如，要下载帧号为 124D_04854_171313、时间范围为 2016 年 9 月 9 日至 2018 年 5 月 8 日 的 GeoTIFF 文件，可运行以下命令执行第 01 步：

LiCSBAS01_get_geotiff.py -f 124D_04854_171313 -s 20160909 -e 20180508

运行窗口如下：

下载完成后，文件夹如下：

数据说明：

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