基于短基线集干涉测量(SBAS)技术的郑州市区地面沉降观测研究

采用短基线集干涉测量(SBAS)技术方法研究了郑州市区的地面沉降特征。论述了SAR数据处理的流程和技术重点,对SAR数据处理过程中获得的各种参数进行了分析,选取覆盖郑州市区的多景RADARSAT-2雷达图像作为数据,进行短基线集干涉测量处理,根据沉降速率结果分析了郑州市区地面沉降形变特征,提取了郑州市2015—2017年间的地面沉降量,沉降速率大于20 mm/a的沉降区面积约为166 km~2。形成了3个主要的沉降区,分别为北部沉降区、西部沉降区和东部沉降区,沉降区主要分布在有软土分布工程地质亚区内。研究区引起地面沉降的原因主要为人类社会活动,突出表现在地下水利用、开采地热资源、城市基础设施建设等方面。

小基线集雷达差分干涉测量高速铁路区域地面沉降

以高分辨率卫星雷达影像为数据源,利用小基线集时间序列雷达差分干涉测量技术,采取一种由粗到细的递推式分析策略,调查某客运专线铁路途径区域地面沉降的空间分布状况及变化速率,反演出地表年沉降速率专题图。与地面水准测量进行比较,发现两者比较吻合,较差均值和标准差分别为0.82 mm和4.14 mm,验证了雷达干涉测量反演结果的有效性。

基于小基线集雷达干涉测量的中巴公路盖孜河谷地质灾害早期识别

中巴喀喇昆仑公路是中巴经济走廊的重要建设部分,但沿线地质灾害多发,对公路正常运营造成严重威胁。尤其是盖孜河谷段地质环境更为复杂,在降水、地震诱发下,崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害多发。本研究采用小基线集雷达干涉测量技术(SBAS-InSAR)技术结合实地验证对盖孜河谷段进行地表变形监测和地质灾害早期识别研究,得出如下结论:(1)利用SBAS-InSAR技术得到了中巴公路盖孜河谷段的时间序列地表形变信息,提取了每个形变点的年均形变速率和累计形变量,证实了该方法在山区地质灾害早期识别中的良好优势;(2)选择以公路为中心的10 km缓冲区作为研究范围,利用SBAS-InSAR的方法干涉处理得到研究区2016-2017年雷达视线方向(LOS,Line of Sight)的形变速率值为-76~28 mm/a,结合研究区的坡度、坡向及卫星采集数据的几何姿态等信息将视线方向形变转换到斜坡方向,得到沿斜坡向的最大形变速率值为-157 mm/a。(3)基于斜坡向滑移速率,结合野外考察得到发育在研究区的449处灾害点,包括31处滑坡,416处不稳定斜坡和2处冰川运动,通过遥感解译和野外实地验证识别出区域内23条泥石流沟。(4)利用热带降雨测量任务(TRMM)降水数据对时间序列形变曲线进行分析,得到区域滑坡、不稳定斜坡的发生与强降水相关,且滑移现象滞后于强降水的发生,所以应该重点关注异常降水的发生,为灾害早期识别和防治提供科学依据。

小基线集雷达干涉测量在无锡地面沉降监测中的应用

地面沉降是无锡较为显著的地质灾害之一,严重影响了城市基础设施建设,限制了经济社会的可持续发展。合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)已成功应用于城市地表形变监测,并表现出极大的潜力和优势。基于ASAR、ALOS及COSMO数据,采用小基线集方法(SBAS)对2004-2012年间无锡的地表形变进行了监测研究。结果表明,沉降区域主要发生在江阴市南部及惠山区,最大累积沉降量超过-200mm。新吴区、滨湖区以及位于主城区的梁溪区出现了轻微的回弹现象,最大累积回弹量达到+40mm。与水准测量数据对比显示,干涉测量结果与水准观测数据具有很好的一致性。地下水水位变化仍然是无锡地表形变的主要影响因素。2005年地下水禁采任务完成后,无锡地面沉降有所减缓,但由于地下水恢复缓慢,所以沉降现象仍在发生。

融合多种差分干涉测量的矿区地表形变监测

为解决时序短基线集差分干涉测量技术(SmallBaseline Subset-InSAR,SBAS-InSAR)无法准确估计煤矿沉降中心形变值的问题,通过融合合成孔径雷达差分干涉测量(differential InSAR,D-InSAR)和SBAS-InSAR技术研究了测量矿区地表形变的监测方法。利用25景Sentinel-1数据,根据基于相干性系数的D-InSAR方法和结合永久散射体合成孔径雷达干涉测量(persistent scatterer interferometric synthetic aperture radar, PS-InSAR)的SBAS-InSAR方法分别生成研究区域的形变图,并借助Kriging插值法,将前者方法所得结果填补于后者方法所获形变结果,完善矿区形变中出现的空缺值,从而更为准确地估算矿区地表形变结果。此外,沿着开采面的横纵剖面详细分析典型矿区的形变结果,并绘制地表形变剖面曲线,以此剖析矿区沉降漏斗的演化过程。最后,为了定量说明该方法的可靠性,将矿区形变结果和水准测量数据进行误差对比,并将标准差和均方根差作为矿区形变结果精度的评定指标。结果表明:相干性系数图整体质量较优,研究区域中最大累积沉降量可达176.39 mm,年均沉降速率最大可达-103.82 mm/a。通过本文方法得到的形变结果和水准处理数据基本一致,且误差均小于13 cm,监测精度满足煤矿开采相关测量技术要求。

基于短基线集技术的城市地表沉降监测研究

通过对合成孔径雷达干涉测量的去相干分析,提出了基于短基线集(SBAS)技术进行地表形变监测的方法。该方法能够克服DIn SAR易受时间、基线去相干等因素的影响,通过对短时-空基线组合的影像对进行干涉处理以提取高相干点,利用大气延时相位与相位噪声在频域不同特性以达到二者分离的目的,最终获取监测区域长时间缓慢地表形变的演变规律。本文利用2007—2011年16景南京地区ALOS数据进行了短基线差分干涉试验,并通过实测水准数据进行了对比,结果表明该技术能够较准确地反演出地表的形变场及累积形变量。

深空导航无线电干涉测量技术的发展历程和展望

结合世界各航天大国和组织所开展的深空探测活动和深空测控系统建设中,对无线电干涉测量技术的开发、应用以及深空导航技术试验验证情况,系统地梳理和总结了深空导航无线电干涉测量技术的发展历程,并通过该技术未来在国际上几个主要深空探测任务中的应用规划,分析了无线电干涉测量领域未来的发展方向。该领域技术的最新发展对我国深空测控网无线电干涉测量系统的后续建设也具有重要的借鉴意义。

DEM辅助的零中频多基线InSAR干涉处理

借鉴DEM辅助的思想,提出了DEM辅助的零中频多基线InSAR干涉处理方法.该方法利用外部粗DEM模拟的干涉图与多基线干涉图组中的最低频原始干涉图做差分处理,得到零中频干涉图;再对零中频干涉图进行滤波和相位解缠处理后重新加回模拟相位,构建为原始基准干涉图.利用该基准干涉图逐步指导较高频干涉图由粗到精地进行相位解缠,进而高精度地反演DEM.充分利用了零中频干涉图的易解性和高频干涉图的高精度性,解决了高频干涉图频谱混叠、相位欠采样处的解缠难题.采用邯郸地区6景ENVISAT ASAR数据进行了干涉处理实验,实验结果验证了所提方法的有效性.

小基线集技术在地面沉降监测中的应用

小基线集技术(SBAS-InSAR)是近年提出的一种新的In SAR时间序列分析方法,它能有效地克服时空时间和空间失相干现象等限制性因素,且具有可增加时间采样率,对影像数量要求不高等优点。本文详细介绍了SBAS技术形变监测原理,并利用22期ALOS卫星的PALSAR数据进行了试验,获取了西安市2007~2011年的时间序列形变值,成功地反演了该地区在2007年1月至2011年2月的地表形变时空演变过程。获取的西安市地表形变成果,对进一步认识地裂缝的演变发展、预报灾害以及城市的可持续发展具有深刻的指导意义。

深空干涉测量天线G/T指标设计

G/T是天线的一项重要技术指标,在综合考虑测地VLBI(Very Long Baseline Interferometry,甚长基线干涉测量)和航天器VLBI观测两者需求的基础上,提出了深空干涉测量天线的G/T指标设计方法。首先根据射电源的空间分布以及流量密度特性,确定了测地VLBI和航天器VLBI观测模式下射电源流量密度的要求。在此基础上建立了2种观测模式下时延误差与深空干涉测量天线G/T之间的关系模型。最后参考目前国际国内测地VLBI观测中的通用参数设置以及月球探测任务中航天器VLBI观测的参数设置,对不同观测任务、不同观测模式下的G/T要求进行仿真分析。综合测地VLBI和航天器VLBI观测仿真分析的结果,S频段G/T建议不小于32dB/K,X频段G/T建议不小于43dB/K。仿真分析结果可以作为后续深空干涉测量天线G/T设计的参考。

长空间基线干涉对辅助的时序InSAR岛礁沉降监测

针对岛礁沉降监测中DEM现势性差、数据不完整等因素造成干涉处理困难的问题,设计了一种利用长空间基线干涉对生成DEM辅助时序InSAR处理的岛礁沉降监测方案。该方案选取空间基线较长且干涉质量良好的干涉对提取相对完整、精确的岛礁区域DEM,并利用该DEM仿真时序干涉处理中所需的地形相位,从而获取差分干涉图,实现精确、稳健的岛礁沉降监测。利用2020年04~09月覆盖某岛礁的12景TanDEM-X影像进行了沉降监测试验,在利用长空间基线像对获取DEM的基础上,得到了试验区沉降速率和沉降量分布图,验证了本方案的可行性和有效性。

基于短基线集InSAR技术监测北京地区地表形变

短基线集差分干涉测量(SBAS-InSAR)技术是在传统DInSAR技术基础上发展起来的一种更高精度的长时序变形监测方法,可有效地克服传统DInSAR在微小形变监测中受时空去相干以及大气效应等因素的影响,已成为当前InSAR技术的研究热点。本文利用ENVISAT ASAR传感器获取的22幅C波段影像数据,基于短基线集差分干涉测量技术对北京地区地表沉降进行监测,获取每个观测时刻的形变累积量,得到研究区的形变序列图,进而分析了该区域地表沉降特征,结合地质环境监测成果,初步讨论了2003至2010年间北京地区区域地表沉降成因。

利用小基线集技术(SBAS)监测泉州地区地表形变

差分干涉测量(DInSAR)技术可用于监测厘米级甚至毫米级的地表形变。文中选用2007—2011年期间19景日本ALOS1/PALSAR数据,采用短基线集技术(SBAS)获取了该地区的形变时间序列和平均沉降速率。研究结果表明:泉州东南部地区整体上呈抬升态势,上升速率为5mm/a左右,主要是受到亚欧板块和西太平洋板块互相挤压作用的结果;泉州东南部有多处出现地表沉降,沉降的结果与泉州市统计的地区地下水开采数据相当吻合,因此沉降主要与地下水过度开采相关。

利用PALSAR数据提取地面沉降短基线集方法研究

短基线集DInSAR方法可以很好地克服数据相干性差的困难，本文在分析短基线集方法的基础上，对大气相位和轨道误差相位的影响进行处理得到较为精确的形变相位。采用天津实验区从2007年1月17日～2009年10月25日的17景PALSAR单视幅图像提取地面相对沉降信息，将DInSAR与水准测量数据进行融合得到外部精度为3．8mm的沉降结果，同时确定了天津地面的沉降漏斗的分布和绝对形变量。

基于RDEF标准的干涉测量数据编帧实现方法

干涉测量数据格式不兼容限制了不同机构间的交互支持能力,难以充分发挥甚长基线干涉测量(very long baseline interferometry,VLBI)的技术潜能。基于RDEF(raw data exchange format)标准研究了干涉测量数据格式的实现方法,给出了数据编帧和数据传输2个关键模块的实现方案。实验结果表明,该方法能够实现干涉测量数据的实时编帧和存储,格式符合RDEF标准。该方法已应用于我国新建深空站中的干涉测量数字终端系统中,提高了我国新建深空站参与国际合作的能力。

永久散射体差分干涉测量和小基线集技术在常州地面沉降分析中的应用

当前大中型城市普遍存在地面沉降的现象,地面沉降会给城市建筑、基础设施、地下空间建设等带来巨大的威胁,从而给人民群众生产、生活及生命安全带来隐患。为了可以及时预防城市地面沉降带来的灾害,该文采用较为前沿的永久散射体差分干涉测量(PS-In SAR)和小基线集(SBAS)技术分别对常州市武进区的地面进行沉降监测,分别得到了武进区的主要沉陷区分布图和沉降值大小。最后结合当地水准数据得到PS-In SAR与SBAS技术的平均误差均小于2.3mm/a,均方根误差小于4.4mm/a,从而证明了PS-In SAR与SBAS技术监测该地区的地面沉降精度达毫米级是可行的,两种技术都可以应用到城市地面沉降监测中。

利用短基线集干涉测量时序分析方法监测北京市地面沉降

利用差分干涉测量短基线集时序分析方法，基于ENVISATSAR数据，研究了2003～2010年期间的北京地区主要地面沉降区域的空间分布特征。对两个相邻轨道的结果进行对比验证，相关性达到了0．87，RMS为4．9mm／a，显示了结果的可靠性。InSAR时序分析结果发现，2003～2010年期间，北京的主要沉降区域在快速沉降，而且呈加速趋势。朝阳区和通州的部分沉降中心在2007～2010年期间年平均沉降速率达到了100mm／a。

基于小基线DInSAR技术监测太原市2003-2009年地表形变场

基于高相干点目标反演缓慢地表形变已成为当前DInSAR技术的研究热点.本文通过融合PS方法和相干目标法优点,采用小基线DInSAR技术提取城市地表形变场,并重点分析了地表线性形变的反演.在此基础上,以太原市为研究区,利用23景ENVISAT ASAR影像,提取了该市2003～2009年的地表形变场.研究结果表明:(1)在该阶段太原市存在有4个明显的沉降中心,即下元、吴家堡、小店、孙家寨,其中最大沉降中心孙家寨的平均沉降速率为-77.28 mm/a;(2)老沉降中心万柏林沉降趋于缓和,北部地区沉降停止,甚至出现反弹;(3)沉降中心的变化说明太原市采取的"关井压采"控沉措施取得初步成效;(4)水准数据验证了监测结果,精度达到2.90 mm,表明小基线DInSAR技术可满足城市地表形变监测需求.

多基线差分雷达干涉测量的大型人工线状地物形变监测

大型人工线状地物是人类改造自然的产物,同人类生活息息相关。本文从大型人工线状地物定义出发,阐述了其形变现象、成因及衍生灾害;并利用多基线差分雷达干涉测量技术(Differential Synthetic Aperture Radar Interferometry,DInSAR)实施大型人工线状地物形变监测。通过多数据源实验(ENVISAT ASAR,广州;PALSAR,香港大屿山;TerraSAR-X,深圳),分析了当前高级DInSAR方法,包括永久散射体和相干目标法在监测大型人工线状地物形变上的能力。实验结果表明,采用了不同的影像干涉对组合策略,永久散射体法适合大数据量SAR影像处理,而相干目标法适合小数据量SAR影像分析。微波穿透性和垂直临界基线随波长增加而增加。因此,在波段选择上,低相干区宜选用长波SAR数据(比如ALOS PALSAR)以获取稳健反演结果;而高相干区宜选用短波TerraSAR-X或者ENVISATASAR数据,以获取高精度地表形变场。结合线状地物几何和物理特性,分别从先验基础GIS/GPS数据、SAR数据源选择、PS点提取和模型改进四方面进行分析和探讨,认为面向线状地物形变监测多基线DInSAR模型的研发是亟待解决的问题。

小基线集合成孔径雷达干涉测量算法及其应用

针对地理国情监测中地表形变监测研究不足的现状,文章在分析常规DInSAR特点及趋势性发展的基础上,结合地理国情监测的尺度特征与实际需求,给出了小基线集(SBAS-InSAR)算法原理;并比较了与永久散射体(PS-InSAR)算法的异同点;在此基础上,选取试验区,获取了COSMO-SkyMed雷达卫星数据,采用SBAS-InSAR算法,提取了试验区时间序列地表形变量与形变速率。结果表明:SBAS-InSAR算法可以利用比较适中的数据量获取到较高精度的反演结果,能够满足地理国情监测的实际需要,在地理国情监测中具有很好的适用性和可行性。