JSInSAR技术在变电站及电力铁塔形变监测中的应用

JSInSAR技术在变电站及电力铁塔形变监测中的应用

肖行诠1，张金宝2，焦一飞1，陈中国1，熊晓曼1，黄世鲸2，焦敏2

【摘 要】变电站和电力铁塔形变会对电力安全输送造成威胁，传统的PSI技术监测点密度稀疏，难以实现变电站和电力铁塔精细形变测量。基于18景TerraSAR-X Strimap模式高分辨率影像数据，采用JSInSAR技术获取了成都地区尖山和九江2座500 kV 变电站及周边电力铁塔的毫米级形变监测结果，并从纵向和横向2个维度分析了其时序形变趋势。研究发现，JSInSAR技术使得形变监测点的空间密度达到了传统PSI技术的5倍，2座变电站形变速率均小于8 mm/年，均处在安全运行阶段；周边电力铁塔纵向和横向累积变形差异均比较小，铁塔较为稳定。证明了JSInSAR技术能够有效增加形变监测点空间密度，获取更为丰富的形变细节，同传统地面监测手段相比，该技术的形变监测点的空间密度更高，监测点的精度也更高。同时也证明了该技术在电力基础设施形变监测方面具有广阔的应用前景。 【期刊名称】中国电力 【年(卷),期】2018(051)011 【总页数】8

【关键词】JSInSAR；PSI；形变监测；变电站；电力铁塔 修回日期：2018-06-06。

基金项目：国网四川省电力公司科技项目(基于时序干涉微波遥感(SAR)的输变电设施及周边环境形变监测技术研究项目，SGSCJY00JHJS1700026)。

0 引言

变电站和电力铁塔是保障电力畅通的纽带，在经济及社会生活中起着举足轻重

的作用[1]。因此为保障变电站和电力基础设施的安全运营，避免重大事故发生，对现役变电站及电力铁塔的损伤程度和稳定性（形变或沉降）进行安全评估，是当前非常必要而紧迫的任务[2]。然而，传统的形变监测手段主要以人工对单个变电站或塔体的少量关键点进行现场测量为主，如水准或北斗/GPS等手段[3-4]，这些方法的缺点是耗费大量的人力物力、成本高、测量点稀疏、复测时间间隔长，不够全面，而且在特殊地区、特殊气候下实施难度大，从而影响监测的实时性。而卫星雷达遥感技术（synthetic aperture radar, SAR）的诞生，有效地克服了上述缺点，能够将形变监测点的空间密度提升至传统手段的几十甚至上百倍以上，并且形变监测精度可达毫米甚至亚毫米级，单次同时监测面积可达上千平方千米，且具有全天候、全天时、不受阴天雨雪影响、无需地表布设传感器、成本低、高频次的优点，非常适合大范围、高精度、特殊区域的电力基础设施及周边地质灾害监测。

该技术利用SAR数据的干涉相位信息从空间获取地表形变信息，其测量技术主要分为差分干涉技术[5-6]（differential interferometric synthetic aperture radar, DInSAR）和时序干涉技术[7-10]（time series interferometric synthetic aperture radar,TSInSAR）。采用这2种技术可有效地弥补传统形变监测技术的不足，实现全天时、全天候对大面积区域进行逐点测量，不受地域限制，并保证毫米级形变监测精度，可以说，DInSAR/TSInSAR是目前对连续区域进行高精度形变测量的唯一手段。

然而，常规的DInSAR由于仅仅使用一组或两组SAR干涉对分析，其形变监测的实际精度和可靠性要受时间、空间去相关等引入的相位噪声和大气时空变化引入的延迟相位等限制，形变监测精度难以达到毫米级，极大地限制了其在高

精度形变监测中的应用。为了解决这些问题，文献[3]提出基于永久散射体的时间序列干涉SAR技术（persistent scatterer interferometric synthetic aperture radar,PSI）。然而该技术只能对城区等高相干目标进行监测，获取的监测点空间密度不够，不足以展示变电站和电力铁塔的形变细节，而且不能获取植被覆盖地区的形变信息。因此提出了第二代时序干涉SAR技术[11]，其典型代表是联合像素干涉SAR处理技术[12-14]（joint scatterers interferometric synthetic aperture radar, JSInSAR），该技术能够有效地提升处理区域相干性和信噪比，及形变监测点（PS点）的空间密度，在保证毫米级形变监测精度的同时，获取变电站及电力铁塔的精细形变信息和周边植被覆盖地区的地表形变信息。极大地提高监测效率，提升监测自动化水平，降低人力成本，具有巨大的实际应用潜力。

本文采用18景成都地区的高分辨度率SAR影像，利用JSInSAR技术对试验区域内九江和尖山2座500 kV大型变站进行高精度形变监测，并同PSI技术获取的结果进行了比对，形变监测点的空间密度获得极大提升，同时结合遥感监测技术的特点，从纵向和横向2个维度分析电力铁塔形变趋势，同时验证了JSInSAR技术在获取变电站和电力铁塔的精细形变信息方面的能力和广阔的应用前景。

1 联合像素干涉SAR技术（JSInSAR）

联合像素干涉SAR技术（JSInSAR）属于第二代时序干涉SAR技术，主要解决第一代时序干涉SAR技术形变监测点密度低，无法获取小目标的形变细节，无法有效获取植被覆盖地区形变信息的问题。该技术在增加形变监测空间密度的同时，依然可以保证毫米级形变监测精度。JSInSAR技术流程如图2所示，