基于时序InSAR技术的中贵天然气管道天水市段沿线滑坡隐患识别与形变分析

中贵天然气管道天水市段沿线地处黄土高原,地貌类型多样、构造活跃、复杂地质条件下发育多种具有隐蔽性和潜伏性的地质灾害,其中滑坡灾害对中贵天然气管道的安全危害极大,因此,对中贵天然气管道天水段沿线滑坡隐患进行有效识别与分析具有重要意义。采用Sentinel-1A升降轨卫星数据,基于时序合成孔径雷达干涉测量(synthetic aperture radar interferometry,InSAR)对中贵天然气天水段沿线滑坡隐患进行了解译识别、现场复核、发育特征与典型滑坡形变分析。研究区共识别17处滑坡隐患点,现场复核最终确定13处,其余4处为人类工程活动区,其中常沟村和磨峪沟村滑坡形变受降雨影响。统计发现研究区管道沿线滑坡多发生在坡度40°~50°,高差400~600 m,东北坡向和距管道100~150 m范围内,且岩土体强度较低,地层以第四系全新统冲洪积层(Q_(4)^(a1+p1))为主。结果表明:联合升降轨的时序InSAR技术可以有效识别管道沿线滑坡隐患,为油气管线的安全运营及今后油气管道选线提供重要的科学依据和参考。

面向时序InSAR的卫星任务规划框架设计

随着国内自主雷达卫星和差分干涉合成孔径雷达技术(D-InSAR)及衍生的时序InSAR技术的发展,以时间序列上重复观测为主的长周期形变监测的应用与日俱增。对遥感卫星地面任务规划系统来说,规划和管理大量有时序关联的重复任务,从而最大限度地满足观测要求,是提升以形变监测为使命的雷达卫星运控效率的关键。在综合考虑雷达差分干涉任务序列性、一致性、周期性特征的基础上,设计了一种面向雷达卫星时序InSAR类型任务的规划框架,旨在规划序列任务时,考虑序列整体特性,进行序列任务组间的冲突检测。基于此方法,对现有的地面任务规划系统进行了优化升级,验证了框架的有效性。结果证明:该方法可快速、自动进行序列任务冲突消解,可为长周期序列任务的规划和管理提供设计参考。

基于PS-InSAR的广西北部湾沿岸形变探测及成因分析

受强降雨等极端天气影响,广西地区沉降地质灾害频发。为保障区域可持续发展,利用36景Sentient-1A卫星影像,探究广西北部湾沿岸地区土地形变情况并分析其成因。首先基于PS-InSAR技术和SBAS-InSAR技术,获取2018年1月~2020年12月广西北部湾地区地表沉降信息。结果表明:两种方法具有高度一致性,研究区域最大累计沉降量达-78.1 mm,最大平均形变速率为-22.664 mm/a。其次结合降雨量数据与人类活动强度,分析地表形变成因,结果进一步表明:广西北部湾地区累计沉降量与人类活动强度呈现正相关;每年7、8月雨季时,地表形变速率提高,雨季结束后,部分地面出现抬升。人类活动与降雨是导致广西北部湾地区大面积不规则沉降的重要原因。

基于InSAR技术的油田地面沉降调查与应用

InSAR技术能够还原区域地面历史形变过程,本文采用PS-InSAR方法对19景ALOS PALSAR存档数据进行处理,获得某油田区域历史沉降特征信息。根据InSAR调查结果,确定了该油田水准和GNSS监测点的布设位置,为最大限度地反映油田开采区地面形变,提供了高效可靠的技术手段。

分布式InSAR卫星的天线相位中心研究

从天线相位中心的定义出发,针对分布式干涉合成孔径雷达(InSAR)卫星基线获取过程中涉及到的“小型宽波束”全球导航卫星系统(GNSS)天线和“大型窄波束”SAR天线,首先,研究了两型天线的相位中心特性,之后,开展了天线相位中心对基线的影响分析,明确了分布式InSAR卫星相位中心的研究重点在于双星间天线相位中心准确度和稳定度的一致性控制;结合工程研制,最后,给出了两型天线相位中心不同的控制措施。文章的研究工作对分布式InSAR卫星系统的研制具有借鉴意义。

双站与重轨InSAR数据融合获取DEM的方法

多样性InSAR数据融合是弥补单基线InSAR生成DEM所存在不足的重要手段。鉴于以往的融合研究大多基于相同InSAR系统构型与工作模式的同源数据,文章提出一种双站与重轨InSAR异源数据融合获取DEM的方法和处理流程,重点研究了融合区域识别、重轨干涉大气校正等关键问题。为验证方法的有效性,使用一对天绘二号双站干涉数据结合多个异源重轨干涉数据进行融合,开展获取DEM实验,并采用GNSS实测数据和WorldDEM对DEM精度进行了验证。结果表明,融合后的DEM解缠错误及叠掩、阴影导致的无效点数明显减少,融合后的DEM相比单基线天绘二号干涉生成的DEM高程精度提高了11.6%。

基于InSAR沉降监测的建筑地基沉降变形量测量

当前,地基沉降变形量测量结果误差较大。因此,文中提出融合InSAR沉降监测技术的建筑地基沉降变形量测量方法。通过滤波处理合成孔径雷达影像,结合InSAR沉降监测原理,计算出建筑地基的最大形变梯度,采用概率积分法进行空间差值计算,求解沉降变形量测量值。结果表明,该方法的测量平均百分比误差为0.04%,沉降中心测量平均百分比误差为0.09%。

基于D-InSAR的珠三角地区地表沉降监测

由于自然因素和人为因素的影响,使得地层岩体发生缓慢或突发的改变导致地表沉降现象,严重影响了正常的生产和生活。合成孔径雷达差分干涉测量技术是用于大范围监测地表沉降的一种重要技术,具有精度高、范围广的特点。利用D-INSAR技术对珠江三角洲地区的地表沉降状况进行了监测实验。通过对所获得的欧空局ASAR数据和德国高分辨率雷达卫星Terrasar-X时序序列影像进行处理,最终得到整个目标区域的垂直形变场,表明利用InSAR监测城市地表沉降具有较好的精度吻合。

基于多时相InSAR技术的大渡河瀑布沟水电站形变监测与预测

形变监测与预测是对水电站异常情况进行预警和及时采取补救措施的关键。提出了一种长短期记忆(LSTM,long short-term memory)神经网络方法来预测大渡河流域瀑布沟水电站干涉合成孔径雷达(InSAR,interferometric synthetic aperture radar)的时间序列形变。该方法首先利用多时相干涉合成孔径雷达(MT-InSAR,multi-temporal interferometric synthetic aperture radar)技术对2018—2020年瀑布沟水电站的哨兵一号(Sentinel-1)图像进行时间序列形变监测,然后基于时间序列InSAR形变数据采用LSTM神经网络建立了形变预测模型,最终获取瀑布沟水电站的形变速率结果和时序形变的预测结果。结果表明,瀑布沟水电站最大沉降速率达到-34 mm/a,LSTM预测模型训练和测试过程中点尺度的均方根误差(root mean squared error,RMSE)和绝对误差平均值(mean absolute error,MAE)最小值分别为2.343 mm和2.010 mm,2.094 mm和1.654 mm。LSTM形变预测模型的预测结果显示2020年5—9月的累计沉降值将达到71.29 mm。结果表明LSTM神经网络是一种有效InSAR时序形变预测方法。同时该模型的预测结果也可用于瀑布沟水电站的形变预警和辅助决策。

分布式InSAR三维定位的闭合形式解及其精度分析

本文对分布式InSAR(Synthetic Aperture Radar Interferometry)目标三维定位的空间几何关系和工作原理进行了分析,给出了完整的目标定位闭合形式解;对闭合形式解进行灵敏度分析,给出了定位精度指标与系统参数精度指标之间关系的解析表达式;分析表明目标定位几何结构的好坏主要取决于视线矢量、基线矢量和主星速度矢量的空间角位置关系,其中视线、基线平面与视线、速度平面间的二面角是一个关键参数,该二面角越大,几何结构越好.最后在以ENVISAT作为主星、采用“干涉车轮”编队的InSAR系统中,给出了精度指标传递关系的蒙特卡洛仿真验证.

一种基于InSAR相干系数的SAR阴影提取方法

给出了一种新的阴影提取方法,根据阴影区域在InSAR相干系数图上的特性,利用Sigma滤波和最优阈值分割算法实现阴影的自动提取。实验结果表明,本方法是一种高效的阴影提取方法。

InSAR部分地学参数反演

自然因素或人类活动可使地球表层或内部应力发生变化,进而产生灾害事件。获取灾害事件与灾害过程的关键地学参数对于准确理解灾变过程、科学解释灾变机制、正确拟定应对策略具有重要意义。InSAR技术已广泛应用于自然因素或人类活动导致的灾害事件与灾变过程的参数反演。本文首先介绍了InSAR卫星的发展和地表形变监测的基本原理;然后分析了InSAR地学参数反演在地震、火山活动、地下水抽取、矿山开采、冻土冻融、冰川运动、地下流体迁移等各类潜在致灾事件中的研究现状;最后分析了InSAR地学参数反演存在的主要挑战和问题。

InSAR技术在矿区沉降监测中的应用研究

介绍了应用InSAR技术监测矿区地表沉降以及地下开采活动的原理;利用重轨差分InSAR技术获得了峰峰矿区地表ENVISAT和JERS 1的雷达形变干涉相位图;分析了在矿区地表沉降过程中ENVISATC波段和JERS 1 L波段形变干涉相位图的相干特性、相位特性以及干涉测量技术在矿区地表沉降监测中应用的可行性和局限性。实验结果表明,利用C波段和L波段雷达数据可以实施对矿区地表沉降的监测,但是C波段雷达受到空间干涉基线的限制更加严格,如果要实现对矿区地表沉降的监测,需要充分利用每个卫星回访时期的雷达数据,建立长时序的星载雷达形变干涉相位图序列,才能较好地实现矿区地表沉降监测。

时间序列InSAR技术中的形变模型研究

对时间序列InSAR的形变模型问题展开研究。首先从干涉相位模型解算的方法入手,针对线性形变模型当干涉点目标的密度不够并且真实形变的非线性较强时,干涉相位方程的解将会发散的不足,根据魏尔斯特拉斯(Weier-strass)逼近定理,提出以高阶多项式取代线性形变模型,并给出了基于多项式形变模型的干涉相位方程解算方法。以太原市地面沉降监测为例,分别采用线性形变模型和三次多项式形变模型进行形变反演。结果表明,多项式形变模型不仅能取得更高的形变测量精度,而且能提高点目标的密度。

时间同步误差对星载寄生式InSAR系统干涉相位的影响分析

时间同步是星载寄生式InSAR系统的关键问题之一。提出了一种新的时间同步误差模型,并在该模型的基础上详细分析了不同形式的时间同步误差对双站SAR成像及InSAR干涉相位的影响。建立了时间同步误差到干涉相位误差的传递模型,指出了星载寄生式InSAR系统对频率源准确度和稳定度的指标要求,仿真验证了理论分析的正确性,分析结果对星载分布式InSAR系统的设计具有重要意义。

星载寄生式InSAR系统频率同步误差分析

频率同步是星载寄生式InSAR系统的关键问题之一。根据频率源的工作特性,建立了一种新的频率源误差模型,并在该模型的基础上详细分析了频率同步误差对双站SAR成像及分布式InSAR高程测量的影响。建立了频率同步误差到干涉相位误差的传递模型,指出了星载分布式InSAR系统对频率源准确度及稳定性的要求,仿真验证了理论分析的正确性,分析结果对星载分布式InSAR系统的设计具有重要意义。

GB-InSAR监测大型露天矿边坡形变

对露天矿边坡实时、精确测量可以为边坡治理和预警提供可靠的信息,直接关系到露天矿的经济效益和生产的连续性.本文提出采用地基合成孔径雷达干涉测量技术(GB-InSAR)监测露天矿边坡,和常规测量方式相比,该技术具有高的空间分辨率和测量精度,实现与地形无关的差分干涉技术,能够获得多时相形变图和形变速度图,反映边坡的整体位移趋势,为露天矿边坡的运动历程分析提供了可靠的信息,并通过实验验证了GB-InSAR技术监测边坡的可靠性.

城市目标动态监测中的时序InSAR分析方法及应用

城市地表和人工建筑的稳定性监测一直是城市安全的重要监测内容之一。星载合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术以其大范围、高精度、高空间密度的形变获取能力,被广泛用于大范围地表形变监测。近年来,随着星载SAR系统分辨率的不断提高,时序InSAR技术越来越多地应用于重要基础设施的监测。该文结合作者团队长期基于时序InSAR技术在城市地区监测研究经历,总结和回顾了团队关于时序InSAR方法在城市动态监测中的一些典型应用,包括城市机场、高架路网、桥梁、铁路和地铁沿线等,根据多年获取的高分辨率TerraSAR-X影像、Cosmo-SkyMed影像以及后续免费获取的Sentinel-1影像等多种数据以及监测研究中发现的研究问题及相应解决方法,在应用中取得了良好的效果,展现了时序InSAR技术在城区目标精细监测中的潜力。

基于InSAR的西安地面沉降与地裂缝发育特征研究

西安地区长期遭受地面沉降和地裂缝灾害。采用合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术对该区域1992年至今的地面沉降和地裂缝的时空特征进行了监测。主要分3个阶段进行,在每一阶段尤其对InSAR处理过程中的干涉图滤波进行了迭代自适应处理和相位解缠进行了顾及粗差的改正,通过与同期水准和GPS监测结果比较可得InSAR精度达1 cm。从3个时间段的InSAR成果可以看出在空间分布上,西安市的东郊和南郊是沉降严重的区域;从时间发育来看,最大沉降阶段发生在1996年,最大沉降量达21 cm,而2006年的最大沉降量减少到8 cm,且沉降中心转移到西南郊;3个阶段均探测到活动地裂缝两侧的不均匀沉降,地裂缝的南侧沉降均大于北侧。该研究将为西安地区地面沉降和地裂缝的解释和减灾提供数据支持。

差分InSAR处理及其应用分析

本文结合实例分析和介绍了影响 In SAR处理结果的几个重要环节。如 :数据源及像对选择 ;影响 In SAR处理的因素等。目前有 4～ 5种雷达卫星数据可以用于 In SAR的处理 ,ERS- 1/ 2卫星数据效果最好 ;差分 In SAR处理的工作步骤中 ,亚像元精度的配准、相干性分析、全相位恢复等是其中的关键技术。In SAR的精度和噪声水平是 In SAR能否实用的重要条件 ,噪声影响地物的相干性 ,噪声较大部位相干性消失 ,在整幅图像中噪声区域不大于30 % ,将不影响整体的 In SAR测量结果。