基于永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术的地面沉降监测

城市施工建设及地下水开采活动日益频繁,导致城市地面沉降问题日益严重。虽然传统地面沉降监测技术的精度较高,但成本也高。近年来,星载合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术发展起来,已被用于监测大范围地表形变,具有低成本、大面积、高精度等特点。首次采用永久散射体合成孔径雷达干涉测量(PSInSAR)技术,监测上海西南某区域2017—2021年间的地面沉降。结果显示:除一处楼房外,该区域大部分地区未发生沉降,最大沉降速率约−7.10 mm/a,最大沉降量约25.43 mm。采用该技术监测沉降,一方面节省了大量的人力和物力;另一方面,本研究成果对城市地表沉降的科学防治具有重要的参考意义。

干涉雷达时间序列分析方法在地面沉降监测中的应用

地面沉降已经成为全球性问题,传统的大地测量技术在日益严重的大范围地面沉降监测方面越来越显得难以胜任,新兴的雷达干涉测量技术正好提供了一种大覆盖、高空间和高时间分辨率的地面沉降监测手段。本文以天津地区为实验区,介绍并实现了利用PS点的InSAR时间序列分析方法,取得了较好的实验结果。

MLAMBDA算法在干涉雷达时间序列分析中的应用

干涉雷达时间序列分析方法是差分干涉测量技术中的一种新方法,利用高斯马尔可夫模型构建其相位模型,对参数进行估计,需要解决整周相位模糊度问题。因此,将改进的最小均方模糊度去相关调整算法(MLAMBDA算法)引入干涉雷达时间序列分析中求解整周相位模糊度,通过多次实验对比分析,解决了算法应用和软件编写中的关键问题。最后应用在天津地区沉降监测项目中,获得了可靠的沉降监测结果,同时表明MLAMBDA算法在干涉雷达时间序列分析方法中的应用正确有效。

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。

利用长时间序列相干目标获取地面沉降场

本文利用长时间序列的相干目标分析方法研究地面沉降的形变规律．基于传统差分合成孔径雷达干涉测量方法，相干目标分析是利用时间序列多景影像获取地表稳定反射体——高相干点目标的新方法．实验区选择上海市主城区约100km^2区域，InSAR的实验数据采用覆盖1992～2000年间的25景ERS-1／2的单视复影像．在无先验沉降场模型的情况下，实验结果显示该实验区的地面沉降场在时间范围上跨越8年，平均观测时间采样率约为4个月，垂直形变精度优于5mm，满足我国对城市地面沉降形变观测的要求．研究结果表明该方法可以用于今后大时间／空间尺度上的高精度地表形变观测．

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。

聚类分析用于序列SAR干涉像对选取

该文分析了干涉像对选取过程,提出一种利用聚类分析进行序列SAR干涉像对选取的方法.选择合适的去相干因素构建特征空间,将序列SAR影像所有干涉组合的去相干因素映射到该特征空间,从而将干涉像对选取问题转换为特征空间的聚类分析.根据干涉像对选取原则设计合适的聚类方法对去相干因素进行聚类,聚类结果对应于符合要求的干涉像对,实现序列SAR干涉像对的选取.实验结果表明该方法简单有效.

InSAR时间序列分析技术在西安地表形变监测的应用

差分干涉测量技术(D-InSAR)是近年发展起来的新型空间对地观测技术,具有全天候、全天时、大范围地表形变监测优点,但由于受到时空失相干和大气延迟的影响,形变监测精度受到了很大的制约。近年发展起来的InSAR时间序列分析技术,将多景SAR影像数据融合在一起,利用时间序列分析提取监测区域监测期内的时间序列形变信息,间接消除或削弱了时空失相干和大气延迟对形变结果的影响,具有良好的应用前景。本试验利用InSAR时间序列分析技术获取了西安市三环以内主城区2007年1月至2011年2月间的高精度地表形变成果。

CH/T 6006―2018《时间序列InSAR地表形变监测数据处理规范》概述

1制定背景地表形变最典型的表现是地面沉降,它是包括我国在内的世界范围较为普遍的地质灾害。地表形变监测的传统技术手段是水准测量、GNSS测量等地面方法,虽然能取得较高精度,但存在空间采样稀疏、成本高等不足。卫星合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术是20世纪80年代发展起来的高新技术,能快速、准确地获取影像覆盖范围内的地表形变信息,是开展大范围地表形变监测的最有效手段。时间序列InSAR技术是InSAR领域的最新成果,有效克服了传统InSAR技术的时间去相干、几何去相干以及大气影响等因素的干扰,具有大规模工程化应用的潜力。

基于Knothe时间函数和InSAR的煤矿区动态沉陷预计研究

以钱营孜矿区的3212工作面为研究对象,采用基于Knothe时间函数的动态沉陷预计模型进行开采沉陷动态预计。计算了不同时间、不同位置的点的动态下沉值,分别与水准测量成果和D-InSAR监测结果进行了对比分析。实验表明,基于Knothe时间函数的动态沉陷预计模型所得到的结果符合开采沉陷导致的地表沉陷规律;其结果与水准测量成果和D-InSAR监测结果吻合;最大误差不超过0.2m,能够满足动态预计的要求。

义能矿区开采沉陷演化的TS-DInSAR监测与影响分析

为研究济宁市义能矿区开采沉陷演化特点及其对周边建筑物的影响,本文采用69景长时间序列中等分辨率Sentinel-1影像,以TS-DInSAR技术体系中的小基线集DInSAR分析为研究方法,获取了2016年初至2018年底该矿区开采面周边的沉降信息。结果表明,义能矿区在监测时段内沉陷范围较为集中,最大累计沉降量约为627 mm,通过居民点位置与沉陷结果的叠加分析,发现周边3处村庄受到了不同程度的影响,该结果能为煤矿开采沉陷控制方案的效果评估及设计优化提供重要参考作用。

利用时间序列干涉图叠加法监测江苏盐城地区地面沉降

针对永久散射体技术和短基线集法所需SAR数据较多的问题,采用时间序列干涉图叠加法监测区域地表沉降,提出利用结构函数作为判断因子提取出受大气扰动较小的干涉图用于叠加分析,以确保大气延迟误差对地表沉降监测结果影响的最小化。利用13景ASAR数据,研究了江苏省盐城市在2003-12～2009-05期间的地面沉降趋势。

基于SBAS-InSAR的白鹤滩库区王家山滑坡蓄水前形变特征分析

利用Sentinel-1A卫星SAR数据集和SBAS-InSAR技术研究了白鹤滩库区王家山滑坡蓄水前的时间序列形变特征,结果显示王家山滑坡近4年来处于初始形变状态,中部首先发生形变,进而向前缘和后缘拓展。通过与历史降雨数据的共同分析,发现王家山滑坡对降雨的敏感性很高,形变量不仅与累计降雨量有明显相关性,还受到集中强降雨的影响。因此,应在蓄水期建立一个监测预警系统,以在地质灾害发生前预警,减少人员和财产损失。王家山滑坡的时序形变结果展示了InSAR技术在滑坡探测方面的应用潜力,为滑坡时空演变、诱因分析、防灾减灾提供了新的思路与参考。

基于时间序列InSAR分析的西部山区滑坡灾害隐患早期识别——以四川丹巴为例

滑坡是仅次于地震、发生最频繁、造成损失最严重的一种地质灾害,中国西部山区则是世界上滑坡灾害分布最密集的地区之一。广域范围内滑坡灾害隐患的早期识别是地质灾害防治工作中的一项关键任务,基于星载合成孔径雷达重复轨道观测的时间序列雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,In-SAR)技术在此领域具有巨大的应用潜力,但以永久散射体干涉测量为代表的传统时序InSAR方法在西部山区应用中往往受到植被覆盖等不利因素的影响,滑坡探测识别的可靠性较差。针对这一问题,以大渡河上游丹巴县为例,采用自主研发的相干散射体时序InSAR(coherent scatterer InSAR,CSI)方法,从历史存档的ALOS PALSAR和ENVISAT ASAR数据集中成功识别出了17处持续变形中的不稳定坡体,通过与外部观测数据比对和实地调查核实等手段验证了CSI方法探测结果的有效性和优势,并探讨了影响时序InSAR方法滑坡监测应用效果的主要因素及未来的优先研究方向。

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。

天津市地铁线不均匀地表沉降InSAR监测

针对道路路面的高相干点目标密度较低问题,根据路面的雷达后向散射特性,提出了用于高相干点目标和高相干分布式目标联合提取的"三阈值二级探测法"。通过对COSMO-SkyMed高分卫星数据多主影像相干目标小基线干涉技术处理和线目标空间缓冲区分析,获取了天津地铁沿线的高相干目标及其沉降信息,分析了主要影响路段。基于相同时段的153个水准点数据,对提取的大区域地表沉降信息进行验证。定量分析与实验结果表明:"三阈值二级探测法"适用于提取地铁沿线的高相干目标;改进MCTSB-InSAR的大区域地表沉降值与153个水准点数据差值的标准差为5.4mm/year,精度很高;基于高分率SAR影像的改进MCTSB-InSAR在地铁线路地表沉降监测方面具有极大的应用潜力。

D-InSAR技术在地面沉降监测中的应用

重复轨道差分干涉测量(D-InSAR)技术在监测地表形变方面得到了深入的研究和广泛的应用。本研究将时间序列分析方法引入到差分干涉测量技术中,并和永久散射体技术相结合,提出一种基于PS点的差分干涉时间序列分析方法。该方法以干涉图上两个较近PS点的相位差为研究对象,能够消除大气相位延迟对差分干涉处理的影响。并将该方法应用在天津地面沉降监测实验中,获得了天津地区地面沉降数据和沉降分布图,取得了比较满意的结果。

基于高分辨率SAR影像的上海临港新城沉降格局分析

上海临港新城是通过围垦造地工程建设而成,特殊的地质条件和地理位置,使其地质环境变化备受关注。而建立和完善该新城的水准测量网需要一定时间,且基于点的水准监测难以获得区域沉降情况。时间序列InSAR方法可通过空间信息实施大范围监测,对于此类海塘新区的地面沉降监测具有独特优势。本文处理和分析了11景TerraSAR-X影像,并与之前的研究成果进行分析。实验结果表明,临港新城的沉降情况与围垦成陆的建设施工时序密切相关,九四塘以西的老冲填土区已趋于稳定,并有回弹趋势;九四塘以东的新冲填土区形变量较大,沉降速率近35mm/a。利用14个水准点的监测数据进行验证,其平均误差为1.510mm、中误差为2.016,说明该方法可以满足城市形变监测的需求。

基于点目标分析的InSAR技术检测地表微小形变的研究

近年来,由合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)技术发展而来的时间序列影像点目标分析技术已发展成为大范围地提取地表微小形变信息的关键技术。本研究针对地表形变检测中经常出现的时间、空间去相干问题和大气效应等问题,从常规的合成孔径雷达差分测量技术(D-InSAR)入手,深入探讨了以永久散射体(PSI)和相干目标分析(CTA)方法为代表的点目标分析技术原理和方法,阐述了它们的特点和优势。最后,介绍了CTA方法对提取长时间地表形变场的具体应用实例,说明其方法的有效性和可靠性。

时序InSAR数据在大范围地面沉降监测中的应用研究

合成孔径雷达差分干涉测量(DInSAR)技术能够快速、高精度地提取大范围的地表形变信息,利用短时间序列的L波段PALSAR数据反演了实验区的线性形变速度,并用水准数据进行了验证,二者具有较好的一致性。