基于短基线集干涉测量时序分析技术的煤矿采空区输电线路勘测选线

煤矿采空区对线路塔基的安全稳定具有很大的威胁,而传统的测量方式无法对线路沿线历史变形情况进行分析。利用短基线集干涉测量时序分析技术对沿线煤矿采空区地表变形进行分析,主要采用哨兵-1号卫星数据及SRTM 30 m的DEM地形数据,反演获得采空区附近区域近一年半的年平均变化速率,再结合资料收集及InSAR数据进行架空输电线路路径方案比选,最后对拟选路径附近采空区对架空线路的影响进行分析论证,更好地服务于架空输电线路后续的施工与运行。

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。

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.

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。

InSAR技术在城市环境轨道交通设施沉降监测中的应用

以城市环境轨道交通中具有代表性的铁路线路形变监测为例,采用星载合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术搜集了79景高分辨率Cosmo-SkyMed影像,其时间跨度为2013年1月到2020年8月,在研究区域内得到了540120个目标点,并利用这些数据开展铁路沿线沉降观测。结果表明:该区域最大沉降速率达到了86.3 mm/年;沉降时间序列信息展示了观测期间内的沉降变化趋势,体现了高分辨率影像在长时间跨度内进行城市环境轨道交通沉降监测的有效性。得到的沉降速率和历史沉降信息能为沉降分析和治理提供参考。

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。

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。

InSAR技术在沂沭断裂带地表形变监测中的应用研究

针对常规大地测量监测沂沭断裂带地表形变结果无法全面反演该区域构造应力场的局限性,尝试采用PS和SBAS两种In SAR时序分析技术对该区域地表形变进行监测。首先对SBAS-In SAR技术的原理进行详细推导和分析;在此基础上,对覆盖研究区的14景ENVISAT-ASAR数据采用PS-In SAR和SBAS-InSAR技术进行处理,分别提取了该区域地表年平均形变速率图;通过与水准监测数据的对比分析发现:InSAR时序分析方法在大范围、持续缓慢断裂带地表形变监测中能够获取与精密水准监测一致的形变趋势,且SBAS-In SAR技术在数据量较少情况下能获得更好的监测效果。这表明In SAR时序分析技术可以作为断裂带微小地表形变监测的有效手段。

上海浦东国际机场多源形变时间序列联合分析

上海市浦东国际机场位于填海成陆区域,容易产生大规模不均匀地表形变现象。单一卫星平台的形变监测结果受到卫星寿命的影响,不能够反映地表形变过程的长期变化趋势。基于2007-2010年的ENV数据集和2015-2017年的S1A数据集,采用上海市冲填土自重固结沉降模型对两个数据集SBAS形变时间序列进行了联合分析,最终得到了机场近10年的形变监测结果。结果表明,机场东部区域发生了明显的地面沉降现象,第四跑道北部区域尤为明显,近10年的最大沉降累计量超过了-200mm,年平均沉降速率超过了-30mm/year。

改进TS-InSAR方法的白格滑坡灾前-灾后形变演化特征分析

2018年10至11月,金沙江上游白格滑坡先后两次垮塌渡江并致堰塞湖,且至今仍存在较显著的蠕滑形变。针对时序InSAR技术在高植被发育区的应用局限,本文提出了一种改进的时序InSAR解算方法(ITSI),结合Sentinel-1A卫星2017年9月—2021年3月期间获取的SAR影像数据,针对滑坡区域分别开展了灾前和灾后时序干涉处理,提取了灾害-灾后时段内的年平均蠕滑速率场(灾前极值为9.71 cm/a,灾后达到25.42 cm/a)和累计蠕滑形变量(灾前极值为13 cm,灾后两年内达61 cm),并结合灾前-灾后形变时间序列,重点分析了蠕滑形变的时序演化特征,发现白格滑坡灾后两年间渐趋稳定。此外,监测结果发现白格滑坡上游5 km处的肖莫久滑坡也处于活动状态。相关结果可为该区域防灾减灾领域研究提供参考。

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。

时序InSAR离散相干点相位解缠误差检查与校正方法研究

提出了一种基于三角形闭合环残差的离散相干点解缠相位误差检测与校正算法,该算法能有效提高离散相干点解缠相位的精度。以沧州市沿海地区为实验区域,利用2008～2010年18景ENVISATASAR数据进行InSAR时序分析,对解缠相位跳变误差进行检测和校正,并对比校正前后时序分析结果的精度。实验结果显示,解缠相位一致性检查和误差校正可以有效改正解缠干涉图中的主要相位跳变误差,与改正前相比：①离散点时序累积形变特征的时间连贯性更强,减少了很多突跳;②增加了有效相干点,实验区内有效相干点个数由68000个增加到186400个;③两个验证点累积形变量的RMS值分别降低了8.1mm和13.2mm,证明了该方法的有效性。

城市地表形变的双极化Sentinel‑1数据极化时序InSAR技术监测

利用双极化Sentinel⁃1数据有望得到较单极化数据更好的城市地表形变监测结果。以典型受地表沉降灾害影响的两座超大城市(墨西哥的墨西哥城和中国北京市)为研究区,分别基于长时序单、双极化Senti⁃nel⁃1数据,利用时序合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)技术和极化时序InSAR技术对两城市近年地表形变进行监测研究。结果表明,利用双极化Sentinel⁃1数据对干涉图进行极化优化后,干涉图相位质量得到提升,高质量像元比例明显增加。使用双极化数据后,形变监测点密度有显著提升,相比于单极化数据结果,墨西哥城和北京市监测点密度分别提升88%和50%;更高的监测点密度使部分区域双极化数据反演地表形变的准确性更高。与单极化Sentinel⁃1数据相比,利用双极化Sentinel⁃1数据进行城市地表形变监测可得到监测点密度更高、可靠性更好的结果。

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.

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。