基于PS-InSAR技术的麦加城市地表形变监测：人类活动影响与文化遗产保护研究

沙特阿拉伯麦加市正经历大规模城市发展以容纳日益增长的朝觐者。本研究采用持久散射体干涉合成孔径雷达（PS-InSAR）技术，利用2017-2021年间166景Sentinel-1雷达影像，首次系统绘制了麦加地表形变图谱。结果显示研究期间形变速率达±19.1 mm/year，空间分布与隧道工程、基础设施建设及地下水开采高度相关。该研究为敏感宗教文化区的城市安全监测提供了高精度技术方案，对保障圣地文化遗产安全具有重要实践意义。

　　

在宗教圣地与快速城市化并存的特殊背景下，沙特阿拉伯麦加市正面临前所未有的地表形变挑战。这座每年接待数百万朝觐者的圣城，人口密度在1973-2021年间激增8倍，伴随大规模基础设施建设与地下水超采，导致地表位移风险加剧。传统测量方法难以满足大范围、高精度监测需求，而差分干涉合成孔径雷达（DInSAR）技术又受限于时空失相关等问题。为此，由Mohamed Elhag领衔的国际研究团队在《Kuwait Journal of Science》发表研究，首次将持久散射体干涉测量（PS-InSAR）技术应用于麦加城市形变监测。

研究团队采用欧洲航天局Sentinel-1 C波段雷达数据（2017.12-2021.01），通过snap2stamps和StaMPS软件包处理166景影像，识别85,484个持久散射体（PS）。关键技术包括：振幅离散指数（DA=0.16）筛选稳定散射体、最小成本流法相位解缠、基于线性模型的形变时间序列分析，并利用半径7000米的采样区域优化数据处理。

研究结果揭示：

1. 形变空间格局：通过R Studio可视化生成的相对速度图显示，红色区域（最大-19.1 mm/year）代表雷达视线方向（LOS）的地表沉降，蓝色区域（+19.1 mm/year）指示隆起，与Batha Quraish等新建城区空间分布高度吻合。
2. 时间序列特征：选取4个典型区域分析显示，矩形标记点（21°21′42.16"N, 39°49′45.46"E）在2018年6月出现显著沉降谷值，而"+"标记点同期出现异常隆起峰。
3. 人类活动关联：Google Earth历史影像对比证实，Al-Haram清真寺扩建区（21°25′22.27"N, 39°49′33.84"E）的地表变化与PS-InSAR检测的形变热点重叠，验证了建筑荷载对第四纪冲积层的压缩效应。

讨论部分指出，PS-InSAR相比传统DInSAR具有三大优势：克服时空失相关（测量密度提升85%）、实现毫米级精度（与GPS数据误差仅±0.91 mm/year）、支持长期监测。研究同时发现技术局限：6天重访周期数据缺失影响时间分辨率，植被覆盖区PS点稀疏。

该研究的重要意义在于：首次建立麦加城市形变基准数据库，为"30/30愿景"（预计接待3000万朝觐者）下的城市安全规划提供科学依据。提出的多轨道数据融合方案，可优化未来三维形变场反演，为全球宗教圣地的可持续发展监测树立技术范式。