我國首套超算合成孔徑雷達幹涉測量系統研製成功

2020-12-16 中國科學院科技產業網

近日，中國科學院空天信息創新研究院王超研究員團隊與計算技術研究所尤海航研究員團隊，成功研製了我國首套自主智慧財產權的超算合成孔徑雷達幹涉測量（InSAR）系統，首次實現了全國尺度地表形變InSAR製圖。

地球表面因受地球內外動力的驅動，一直不停地運動和變化，從秒級的地震破裂到數十年甚至更長時間的斷層蠕變，造成的地質災害威脅著人類生命和財產安全。我國作為受地質災害影響最嚴重的國家之一，地質災害造成的損失逐年增加。

圖1. 2018-2019年全國地表形變年平均形變速率圖

據不完全統計，近年來崩塌、滑坡、泥石流災害每年造成的損失達上百億元，此外地下水開採導致大範圍地面沉降，嚴重影響我國城市的健康發展。利用空間遙感技術實現地表形變大範圍監測，對開展固體地球運動研究和地質災害調查具有重要意義。

InSAR技術是通過利用合成孔徑雷達（SAR）圖像中的相位信號來獲取毫米級地表形變信息的技術。隨著寬幅SAR成像技術的成熟，國內外SAR衛星數據爆炸式增長，在計算機存儲與計算能力不斷增強的背景下，針對全國尺度的地質災害調查、監測的迫切需求，該研究團隊結合衛星大數據處理技術與超算硬體平臺，經過2年多的時間對早期獨立研發的相干目標時序InSAR處理軟體進行算法改進及並行優化，研發了我國首套具有自主智慧財產權的超算InSAR系統，實現了InSAR大數據自動化、批量並行處理。

圖2.2018年至2019年中東部地區地表形變年平均形變速率圖

在地球大數據科學工程提供的超級計算系統上，該研究團隊進行超算InSAR系統的部署，實現高魯棒性、集成性、高效性的InSAR處理，極大地減少了大範圍InSAR數據處理消耗的人力與時間。基於系統，該研究團隊在半個月的時間內，完成了2018-2019年覆蓋全國的近12000幅歐洲哨兵-1A/B（Sentinel-1）衛星圖像處理，首次獲取了全國尺度的InSAR地表形變測量結果，計算數據量達到700TB，其中相干測量點數量超過1億量級，城區測量點覆蓋密度達到每平方千米20個，總的平均覆蓋密度達到每平方千米8個，城區形變測量精度優於1釐米，比傳統計算效率提高了70-90倍。

利用超算InSAR系統所提供的大尺度地表形變產品不僅可以促進地球科學的新發現，服務於板塊運動、全球環境變化等地球科學領域，還可以提高我國遙感數據處理能力，服務於我國大範圍地面沉降的地理國情監測及地質災害普查等領域，對社會經濟可持續發展具有重大意義。

該項研究得到國家自然科學基金重點項目「大時空尺度SAR遙感地物信息智能處理機理與方法研究」、中科院A類戰略性先導科技專項「地球大數據科學工程」的支持。

來源：空天信息創新研究院

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