基于升降轨SAR数据的连续箱梁桥精细变形

针对桥梁精细变形监测问题,提出一种考虑由温度引起的桥梁变形(简称温度变形)的升降轨合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)数据融合方法.首先,以连续箱梁桥为研究对象,分别使用升降轨SAR数据集,基于小基线子集干涉测量法(small baseline subsets interferometric SAR,SBAS-InSAR)提取视线向(line-of-sight,LOS)变形;然后,利用最小二乘法构建温度变形模型,分离周期性温度变形与长期性趋势变形;最后,结合桥梁结构特征,基于时空插值和奇异值分解方法实现升降轨数据融合,提取温度变形、纵桥向(即桥梁延伸方向)及垂直向趋势变形,分析桥梁变形机制及变形成因.结果表明,该方法可提取精确的桥梁温度变形及三维变形,为桥梁健康监测提供可靠的方法支撑.

基于时序SAR数据的长白山天池火山活动研究

本文面向长白山天池火山活动分析需求,对现有的时序合成孔径雷达干涉测量(Interferometry Synthetic Aperture Radar,InSAR)形变监测方法及火山点源模型进行了改进,提出了一套适合长白山的火山监测方案.首先,针对植被覆盖度高、形变监测受植被失相干影响大的问题,提出了基于归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)约束的时序InSAR形变监测方法,并利用2004—2010年间的33幅Envisat ASAR影像,提取了长白山天池火山口及周边区域的精确地表形变参数.其次,系统分析了火山地表形变场与雷达视线向(Line of Sight,LOS)之间的立体几何关系,建立了具有普适性的由火山水平形变和垂直形变到LOS向的投影转换关系式,基于LOS向形变的点源模型,反演了长白山天池火山扰动期结束前后的各时段的岩浆房参数.最后,基于改进后的点源模型反演结果,正演了天池火山地表形变场,并将正演结果与地震监测、流体地球化学监测资料进行对比分析,精确评估了长白山天池火山扰动期结束前后岩浆房的变化情况,探讨了长白山天池火山活动由强转弱的过程.本文的研究结果表明,2004—2010年间天池火山岩浆房先经历了短暂的膨胀,以2004年9月8日的ML3.7地震为转折点,地震后开始进入逐步收缩状态,直至2008年趋于稳定.

金沙江结合带巴塘段滑坡群InSAR探测识别与形变特征

金沙江结合带结构破碎,软弱岩层发育,流域性特大高位地质灾害频繁发生。针对该区域开展大范围滑坡调查与监测研究,对减灾防灾具有重要意义。以金沙江结合带巴塘段为试验区,采用堆叠InSAR技术分别利用升轨、降轨Sentinel-1A卫星数据对该区域滑坡隐患开展了调查研究。在此基础上,以中心绒乡滑坡群为重点研究区,利用多维小基线子集技术获取了区域二维形变速率(水平东西向和垂直向)及二维时间序列结果。通过对4处典型滑坡体的形变时间序列结果进行分析,发现在两年时间段内安里克米滑坡、仁娘村滑坡、贡伙村滑坡1和贡伙村滑坡2水平方向累积位移量分别达到44.3、-26.6、65.3和-77.1 mm,垂直向累积位移量分别达到-30.2、-88.3、-80.9和-56.9 mm,且这4处滑坡呈现缓慢蠕滑变形趋势。通过对贡伙村滑坡2的形变监测二维时间序列与降雨数据分析发现,强降雨对滑坡变形有一定短暂影响。由于滑坡群处于地质条件脆弱地区,构造活动强烈,在强降雨条件下极易导致滑坡失稳,建议对其进行持续监测,同时该研究成果对流域内其他区域的滑坡调查与监测研究具有参考意义。

基于SBAS-InSAR技术的矿区地面沉降监测与分析

为研究解缠相干阈值和干涉对数量对SBAS-InSAR矿区沉降监测的影响,以济阳煤矿为研究对象,选取2017—2019年58景C波段哨兵-1A(Sentinel-1A)卫星合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)影像,设定2组解缠相干阈值(0.15和0.25),对应2组解缠阈值分别选取68组和87组干涉对,对SBAS-InSAR获得的4组矿区沉降监测结果进行对比分析。结果表明,SBAS-InSAR能准确监测矿区沉降空间变化,且沉降的时间、位置及推进方向与实际开采情况一致。但解缠相干阈值和干涉对数量影响的监测结果表明:当解缠阈值相同时,干涉对数量越多,可获取的沉降数据越多,但低相干点有所增加,数据精度越低;当干涉对数量相同时,相干阈值越大,可获取的沉降数据越少,监测结果精度越高;当相干阈值选取0.15时,使用68组和87组干涉对的均方根误差分别为204.0 mm和231.6 mm;当相干阈值选取0.25时,使用68组和87组干涉对的均方根误差分别为233.5 mm和177.8 mm。

基于多轨道SBAS方法的露天矿高陡边坡形变监测

面向深凹露天矿形变监测,利用三组Sentinel-1数据对鞍钢集团大孤山铁矿进行小基线子集分析,研究了一种基于地形特征的坡向位移求解方法,将三组卫星视线(line of sight,LOS)方向形变转换为坡向位移.三组监测结果均与实测数据存在较高一致性,且与矿区降水量变化存在相关性.大孤山铁矿矿坑的形变区域主要集中在西北帮.研究表明:岩体结构、岩性与降水是影响露天矿坑边坡稳定性的主要因素.多轨道小基线子集法可作为常规监测手段来监测深凹露天矿潜在的形变,为防灾减灾、安全生产提供技术支持与依据.

西藏然乌地区地质灾害隐患点InSAR识别与监测

西藏藏东南地区地处青藏高原东南部,地势陡峭。多期次板块构造运动、岩体间相互挤压运动导致地质灾害频繁发生且规模大。针对该区域的地质灾害调查与监测研究工作对防灾减灾具有重要意义。文章以藏东南然乌地区为研究区,分别利用升降轨Sentinel-1A卫星数据对该区域隐患灾害点进行识别,并分析了SAR影像几何畸变对地质灾害识别的影响。通过对InSAR监测结果进行分析,文章最终共圈定了区域内的滑坡、冰川隐患灾害点67处。同时,为了更好的分析灾害体的形变特征和规律,选取了然乌区域安目错北岸三处典型冰川灾害体,利用多维小基线子集(MSBAS)技术获取了坡体的二维(水平东西向和垂直向)形变速率和时间序列。通过对吉穷隆冰川、迫弄冰川和瓦巴村冰川三处典型冰川的形变时间序列结果进行分析,发现从2018年1月到2020年10月,三个冰川水平东西方向上的最大累计位移量分别达到了202 mm、283 mm、194 mm,垂直方向上最大累计位移量分别达到了97 mm、-155 mm、-163 mm。水平方向上三处典型冰川表现为加速变形趋势,垂直方向上表现为缓慢蠕滑变形趋势。同时分析了瓦巴村冰川二维形变时间序列与降雨量和温度相关性,结果表明降雨和温度的变化对坡体冰川形变具有一定的影响。研究成果对高山峡谷区地质灾害隐患点的识别具有较好的参考价值。

雷达技术支持下的福州市地铁沿线形变监测

近年来,由于地铁等地下工程大规模的建设产生了严重的地表沉降,从而诱发许多地质灾害,严重阻碍了中国城市化进程。因此,采用高精度雷达监测技术,对城市地质灾害监测及风险评估具有重要意义。本文利用SBAS-InSAR技术,基于24景X波段TerraSAR数据和32景C波段Sentinel-1数据,时间跨度分别为2013年7月至2015年8月、2015年7月至2018年2月,对地铁建设完成后的福州市区地表沉降进行长时间系列形变监测。监测结果表明,研究区域内的最大沉降速率为-12 mm/a,在整个观测周期内发现了8个沉降漏斗。并对这些区域进行进一步的时间序列分析,其中有3个区域呈现出地质灾害初期的特征,并且地表沉降存在进一步加剧的可能。

SBAS技术在矿区地铁选线中的应用

大规模的煤炭开采引起矿区地面沉陷,而同时随着地铁交通的发展,矿区沉降作为地铁建设中的不良工程地质问题也越来越突出.在矿产资源开发十分广泛的省份,地铁选线时经常无法回避沉降区的影响.因此依据矿区历史沉降趋势来选择地铁线路,对我国地铁交通的发展具有深远的意义.小基线子集法能克服传统合成孔径雷达差分干涉测量技术的一些弊端,并对影像数量要求不太严格,具有传统监测方法无法比拟的优势.本文以淮南谢家集矿区为研究区域,以ALOS-Palsar数据为数据源,采用SBAS技术对地铁线拟穿过矿区进行遥感监测.最终获取研究区域监测时间段内累积沉降量及年平均沉降速率,所得结果与现场调查结果基本一致.对不同线路方案通过该沉陷区的可行性进行分析,从而为地铁线路方案选择提供技术支撑,并验证了SBAS方法监测矿区地表形变的可行性.