高分辨率TerraSAR-X时序差分干涉沉降监测及精度验证

城市地面沉降属于缓慢性地质灾害,其对社会经济和人类生活具有持续性负面影响,对城市沉降进行广域高效监测具有重要现实意义。选取天津市为研究区域,以2009年4月7日—2010年12月14日获取的34幅高分辨率TerraSAR-X SAR影像为数据源,采用基于相干点目标分析(interferometric point target analysis,IPTA)的时序差分干涉处理方法进行沉降监测,使用精密水准数据进行精度验证,并提出一种基于最小二乘拟合的沉降时间序列验证方法,最后基于验证后的结果进行沉降分析和解释。与水准数据对比表明,IPTA解算沉降速率、时间序列最小二乘拟合沉降速率的均方根误差分别为3.15 mm/a和-3.25 mm/a。对沉降结果进行分析表明,实验区总体沉降呈不均匀性,最大沉降速率为-128.41 mm/a,沉降时空分布与研究区地表覆盖类型及地下水开采相关。

基于双模式驱动时序InSAR技术对天津滨海国际机场形变监测

为解决传统地面监测手段成本高、观测周期长等问题,时序干涉合成孔径雷达(InSAR)技术广泛应用于机场形变监测研究中,但不同单一时序InSAR技术均存在监测缺陷。差分干涉测量短基线时序分析技术(SBAS-InSAR)技术仅适用于大范围区域监测,缺乏单个地表点分析。永久散射体合成孔径干涉测量(PS-InSAR)技术过度依赖相干性,局限于线性形变。为解决单一化监测手段所存在的问题,采用双模式驱动时序InSAR(DMTS-InSAR)技术对机场形变进行分析。基于21景Sentinel-1A升轨雷达影像,以天津滨海国际机场局部区域为研究区,对DMTS-InSAR技术的监测结果进行评估,克服了单一技术分析的局限性。评估后发现滨海国际机场局部区域存在沉降现象,其中机场停机坪处的形变最为显著,最大垂直沉降速率达到25 mm/a。结果表明,利用DMTS-InSAR技术监测机场形变,可获取更为准确可靠的形变结果。

基于时序InSAR技术的京津高铁区域沉降稳定性评估

高速铁路对轨道的平顺性及线下构筑物的稳定性有严格的要求,而铁路地理跨度大,采用定期的常规地面人工测量方法无法及时有效得到高速铁路沿线的形变,给线路的稳定性评价和列车的安全运营造成了潜在的隐患.本文以京津高速铁路永乐站至天津站区段为研究区域,利用时序差分雷达干涉测量技术,选用C波段雷达数据对沿线区域进行了形变监测,获得了该区域在2007-02—2010-07时间范围内的纵断面方向平均沉降速率曲线及沿线平均沉降变化率曲线;对比分析了沿线区域沉降变形规律,提出区域内差异性沉降是对线路稳定性影响较大的因素;并根据影响程度对线路进行了分级评估.该结论对于京津高铁的运营及维护具有重要参考意义和实用价值.

SBAS-InSAR技术在地质灾害调查中的应用

在地质灾害调查中及时识别和排查潜在的隐患灾害点对地质灾害的预防和监测工作至关重要。然而传统的地质灾害排查方法时间和人力成本较高,难以实现对广泛区域的全面排查。本文通过对青海省大通回族土族自治县城关镇区域内的地质灾害情况进行详细的调查,获取了区内的地质灾害分布特征。并进一步采用了哨兵1号(Sentinel-1)雷达数据,利用差分干涉测量短基线集时序分析(SBAS-InSAR)技术进行数据处理,成功揭示了该区域的地表形变情况。通过综合分析,能够准确地识别出重点监测区域的变化信息,从而提高了地质灾害及时预防和应对的效率。

时序InSAR技术在太原地铁沿线形变监测中的应用

城市轨道交通的建设与运营会引起地铁沿线的持续形变而造成地面沉降,给地面及地下基础设施带来安全隐患。为了解太原市首次开通运营太原地铁二号线一期线路以来沿线地面形变情况,以二号线一期工程沿线为研究对象,使用2020年6月至2021年11月共20景Sentinel-1A影像,基于永久散射体、小基线集技术对研究区进行地面形变监测。研究表明,两方法所得沉降分布情况、形变时序分析结果有很高的一致性,线路沿线最大沉降为31.96 mm,最大沉降速率为32 mm/a,存在三个较明显的沉降区域,推断与其处于大规模的不断的城市建设区域密切相关。本次研究可为后续太原市地铁建设沿线地表形变监测提供参考。

新疆西准噶尔沙吉海地区地表形变时空特征分析及其环境意义

煤矿地下开采形成的采空区对地表工程和周围环境造成严重的破坏,造成沙吉海矿区周围生态脆弱,草场面积缩减。长期废弃的矿井由于不清楚地下开采情况及范围,所以难以进行有效治理。通过长时间大范围的采空区形变特征监测,对于地质灾害预防和治理来说具有重要意义。基于2017年3月19日—2019年12月22日73幅覆盖沙吉海矿区的Sentinel-1A影像,采用差分干涉测量短基线集时序分析技术(small baseline subset interferometric synthetic aperture radar, SBAS-InSAR)获取时序地表残余变形,此外通过克里金插值法获取了整个研究区完整的形变信息,监测到研究区平均变形速率在-148.44~38.05 mm/a,最大累积形变量达-1 418.42 mm。分别得到废弃采空区和正在开采矿井工作面的形变特征,正在开采煤矿采空区呈漏斗形变形,废弃采空区沉降呈多点分散形,变化不均匀。经过对沙吉海矿区详细的野外调查,验证了SBAS-InSAR结果的可靠性。最后,结合野外验证结果分析了煤矿采空区围绕沉降中心呈漏斗形演化的过程。研究成果可为老旧采空区治理提供参考,对采空区变形预测具有指导意义。

基于InSAR技术的地表形变监测与影响因素分析

地表形变引发的地质灾害屡见不鲜,尤其是在城市区域,其严重阻碍了城市化的可持续发展。为了评估城市地表形变引发地质灾害的风险,高时间空间分辨率的地表形变监测分析变得尤为重要。本文基于2019年1月至2021年1月的Sentinel-1A卫星影像,利用SBAS-InSAR以及PS-InSAR技术获取南昌市地表形变的时间序列,并结合小波周期分析和灰色关联度分析评估形变区域与气候环境的相关性。研究表明,南昌市的中心城区受到城市建设和黏土层厚度的影响,表现出大范围的沉降信号;东南部的农业生态地区由于地下水的补充而表现出抬升的信号。周期分析进一步表明南昌市地表形变皆受降水量变化的影响。本研究结合外部数据,从多个角度考察了地铁线路在变形幅度较大的地区发生沉降灾害的可能性,为防灾减灾提供参考。

Stacking InSAR和IPTA技术应用于探测宁夏隆德县滑坡隐患

宁夏回族自治区隆德县是典型的黄土丘陵区,古滑坡分布广泛,坡体受河流切割作用强,属于地质灾害中易发区。本研究采用时间跨度17个月共43景Sentinel-1卫星影像,利用干涉叠加(Stacking)和相干点目标分析技术(Interferometry Point Target Analysis,IPTA)对隆德县全境滑坡隐患进行了探测,根据已有滑坡隐患记录,Stacking技术有效探测44处,有效探测率93.6%,IPTA技术有效探测37处,有效探测率78.7%。两种InSAR测量结果的最大形变速率线性相关性强(R2=0.56),测量结果相互吻合。所识别滑坡隐患主要集中在缓坡和斜坡,形变速率和坡向对2种InSAR技术的有效探测率影响较小。同时IPTA时序测量结果反映出隆德县滑坡隐患区存在4种典型形变特征。该研究结果表明联合2种InSAR方法能够更好的对隆德县滑坡隐患进行全面探测。后续将开展InSAR技术滑坡隐患测量精度验证和IPTA测量方法的改进工作。

SBAS-InSAR技术在矿区地表沉降监测中的应用

滩地和沙丘地区的矿区地表形变具有复杂性和特殊性,常规监测手段无法获得长期有效的监测结果,传统的雷达差分干涉测量技术(DInSAR)易受时空失相干、大气延迟等因素的影响而降低监测精度。以营盘壕煤矿2101和2201两个工作面为例,采用差分干涉测量短基线集时序分析(Small Baseline Subset-Interferometry SAR,SBAS-InSAR)技术对Sentinel-1A的84轨道的17景数据进行时序分析,获取了矿区2018年9月8日至2019年3月19日的累计沉降量和沉降速率等信息,直观地展现了矿区沉降状况。对研究区监测结果进行点、线、面的分析,发现累积沉降量和时间呈线性关系,新开采的区域的沉降在整个区域沉降中影响最大,较晚开采的区域在矿区沉降中为主要影响因素。

小波-LSTM神经网络在地铁沿线沉降预测中的应用

为缓解城市交通压力,地铁工程的修建日益加快,但其施工、运营都会造成沿线地表沉降,为有效预防地表沉降引起的地质灾害。本文基于51景升轨Sentinel-1A卫星影像,应用差分干涉测量短基线集时序分析(SBAS-InSAR)技术获取青岛地铁三号线沿线地表形变信息,分析地铁沿线主要沉降区域的成因,并对沉降区域内的特征点使用小波分解、重构,对降噪后的形变时间序列进行了模拟和预测。发现了4个主要的沉降区域,其中青岛北站周边沉降最为严重,沉降速率为-10.42 mm/a。优化后的长短期记忆(LSTM)神经网络模型对形变时间进行预测,其精度比传统LSTM、多层前馈BP神经网络模型更优,证明该模型在城市地铁沿线的地质灾害预防中具有广泛应用价值。

基于主被动遥感协同的山体隆升动态监测研究

近年来,永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术(PS-InSAR)快速发展,为宏观尺度的地表形变监测提供了契机,但该技术在国内尚未广泛应用,尤其在山体动态监测领域仍处于起步和探索阶段。文中利用PS-InSAR方法监测内蒙古和林格尔县的山体隆升情况,并对方法进行面向对象的改进。基于主被动遥感数据协同增加信息维度,构建多尺度滤波方法剥离人类活动及气候变化引发的地表形变,使监测对象锚定于山体隆升形变;再使用分水岭方法使监测窗口缩小至山脊区域,进一步提高了信噪比。监测结果表明,本区现今地质构造运动正处于差异性隆升阶段,东南部蛮汗山区以正向隆升形变为主,西北部土默川平原以负向沉降形变为主。其中,指示山体隆升的形变点多达745812个,占累计形变点总数的73.99%,平均隆升速率为17.59mm/a,构造运动特征为连续性应变、蠕变。该区近年来构造运动异常活跃,应在地震、地质灾害预测预警、重要工程选址时予以重视。

基于SBAS-InSAR技术的成汶高速汶川段滑坡易发区选线研究

西南山区地质构造复杂导致大量的滑坡分布.为了科学有效的指导西南山区道路选线,提前规避地质灾害高风险,滑坡灾害早期识别必不可少.合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)技术因其全天候、多时相等特点被广泛应用于滑坡灾害的早期识别中.收集了87景Sentinel-1A降轨数据,利用差分干涉测量短基线集时序分析(small baseline subset interferometric synthetic aperture radar,SBAS-InSAR)技术对成汶高速路汶川段进行形变区的识别与分析,结果显示共识别出10处,经野外复核均为处于持续变形中的滑坡,有较好的一致性.根据早期识别结果,对3个比选方案进行综合对比分析,确定方案B为最优选择.SBAS-InSAR技术能有效识别山区公路潜在滑坡隐患区,为山区公路的准确选线提供科学依据.