基于永久散射体雷达差分干涉测量的城市地面沉降研究——以上海地面沉降监测为例

基于永久散射体雷达差分干涉测量技术，提出探测永久散射体的振幅信息双阚值方法，研究上海陆家嘴地区在1992～2002年的地面沉降，获得该地区的线性和非线性沉降量以及区域沉降场，证实了地表形变在1km范围内具有强相关性。结果显示陆家嘴地区在1992～2002年间的线性沉降速率为13．2mm／a，总体平均沉降速率为16．8mm／a，与实测结果之间具有较高的一致性。研究表明，PS—DInSAR技术不仅可有效探测地表离散目标的线性形变，还可探测其非线性形变以及获取地表区域形变场，并且可监测地表形变的时序变化过程。除了可用于城市沉降监测外，PS—DInSAR技术还可用于地震、火山、滑坡等地质灾害的监测。

基于永久散射体雷达干涉测量的苏州地区沉降研究

利用传统SAR差分干涉测量技术进行城市沉降等地表微小形变监测时,由于经常受时间和几何去相干以及大气不等延时等因素的影响,使SAR差分干涉测量不能很好地得到推广应用,通过从一系列ERS-1／2 SAR图像中提取在时间序列上保持高相干的自然反射体即永久散射体作为研究对象,进行精密SAR差分干涉测量相位分析反演,较好地克服了时间去相干的影响,并以苏州城市沉降为例,通过获得的1992-2000年的25幅ERS-1／2 SAR图像,建立线性形变模型,得到了苏州地区近8年的连续形变场．实验结果表明,PSInSAR结果与水准数据保持很高的一致性,可用于进行长时间序列的城市沉降监测．

PS-DInSAR时序差分干涉图公共主影像选取方法

针对基于相干系数的PS-DInSAR时序差分干涉图主影像优化选取方法存在的干涉对垂直空间基线、时间基线和多普勒质心频率差3个因素中有任意一个因素大于临界值时,其他2个因素的影响将被忽略的问题,提出了基于正则化距离的主影像优化选取方法.实验结果表明,当干涉图序列的时空基线或多普勒质心频率差总体较大时,所提方法较基于相干系数的方法更加有效和可靠.

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。

星载雷达干涉测量中角反射器的设计和安装

介绍利用基于欧空局ENVISAT ASAR卫星观测数据的雷达差分干涉测量(D-InSAR)和永久散射体干涉数据处理技术(PS)进行地面沉降活动监测时,如何简便地进行角反射器的设计和安装,来增强卫星反射信号的强度和获得较稳定的永久散射体,以便获得长时序、高相干性的卫星数据,从而实现对地面有效监测的目的。着重从角反射器的设计和安装原理、技术思路、作业步骤和过程、数据效果等方面阐述如何在星载雷达干涉测量技术中设计角反射器。为研究有关角反射器的设计提供一种思路。

永久散射体雷达干涉研究综述

传统D-InSAR技术虽然在地表形变测量应用中得到广泛应用,但其测量精度容易受失相干、大气效应、DEM误差等的影响,测量结果有时甚至不可靠。为了突破这些限制,在D-InSAR技术中引入时间维,筛选出时序SAR图像上受失相干影响较小的像元,建立并解算相位模型,从而提取形变信息。PS-InSAR技术自出现以来,经过不断改进,在受失相干影响较大的长期缓慢形变监测中发挥了重要作用,一直是近年来雷达干涉领域研究的重点问题。详细梳理了PS-InSAR技术的发展历史,总结了关键技术环节的改进算法以及应用领域,指出现有PS-InSAR技术仍然存在的问题以及可能的发展趋势。

PS-DInSAR技术在矿区地表形变测量中的应用探讨

简要介绍并比较当前矿区地表形变监测的主要方法,阐述PS-DInSAR技术的原理与优势,并就其应用中的技术问题及解决方案进行讨论。

PSInSAR永久散射体的自动探测

为了有效探测合成孔径雷达差分干涉测量中的永久散射体,综合考虑永久散射体对雷达波的强反射特性和散射的稳定性,本文提出了三重阈值自动探测算法,即时序相关系数、振幅离差和振幅指数三重阈值串行结合的算法。该方法首先考虑回波信号的高信噪比特性,用平均相干系数和振幅两道阈值挑选出永久散射体候选点,然后考虑永久散射体强稳定性,用振幅离差阈值从永久散射体候选点中进一步精选出永久散射体。最后利用上海地区的24幅ERS1/2 C波段合成孔径雷达图像进行了实验,证实了该方法是有效和可靠的。

基于时序InSAR的厦门市地面沉降监测与分析

针对厦门市地面沉降研究较少、监测成果时效性缺失的问题,也为了探究厦门市地面沉降的影响因素,利用2020年1月~2022年4月共35景Sentinel-1A干涉宽幅模式雷达影像,采用SBAS-InSAR技术对厦门市全市(不包括海域)展开了地面沉降监测,利用PS-InSAR技术监测结果验证了试验成果的可靠性。结果表明:厦门市存在6个较为明显的沉降区,最大沉降速率为-30.42 mm/a,最大累积沉降量达-72.48 mm,形变区在地域上呈现出岛内稳定、岛外变动,空间上呈现东北沉降、西南抬升的分布特征。研究结果表明:厦门市地面沉降主要受地质构造、城市化建设施工、地铁线路运营和地下水位变动等因素影响。

基于PS-InSAR技术的淄博市地面沉降监测

利用2007年10月3日至2011年2月26日的25景ALOS PALSAR SLC数据,应用PS-InSAR技术对淄博市进行地面沉降监测。研究表明在淄博市内存在4个大范围沉降区,最大沉降点位于张店区,沉降速率为66 mm/a,沉降量为206 mm,地面沉降主要由矿产开采造成。最后采用SDCORS数据进行验证,说明应用PS-InSAR技术可对淄博市地面沉降实现毫米级精度监测。

PS技术及其在地表形变监测中的应用现状与发展

合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)为地表形变监测提供了极具应用潜力的手段,具有大面积、高空间分辨率、全天候及成本低的优点。但由于大气条件变化、地表覆被等时间空间去相干的影响,其精度和普适性受到极大限制。近几年发展的永久散射体(PS)技术在传统差分干涉测量(D InSAR)中引入时间维,分析长时间内保持稳定的像元集相位变化,获得毫米级的地表形变测量精度,同时有效地解决了时间空间去相关和大气非均质性影响的问题,目前在滑坡、地面沉降和地质灾害监测等领域得到了广泛的应用。PS技术具有高精度、高时间分辨率、能极大提高影像利用率的优点;但只适用较小区域、需要大量影像、且不适于分析快速突变的地表形变。为克服PS应用中的问题,近年来出现了三角反射体技术、多平台PS技术及相关性像元分析(CPT)技术,使PS技术应用具有更广泛的适应性。

基于PS-InSAR和GIS空间分析的南通市区地面沉降监测

为提高永久散射体雷达差分干涉测量(PS-InSAR)技术中大气延迟相位提取精度,在采用滤波方法从残余相位中提取大气延迟相位时,提出了基于结构函数的最佳滤波方法及滤波窗口大小的自动确定方法;并对PS(permanentscatterer)点的线性形变速率进行空间分析,了解其数据分布,探测离群值,然后进行Kriging插值,以获得高分辨率的沉降速率图.为验证方法的有效性,以江苏南通市区为试验区域,采用2006—2007年间15幅Envisat卫星SAR(synthetic aperture radar)图像进行地面沉降监测.结果表明,该方法有利于确保大气延迟相位的提取精度,获得了南通市区高分辨率的沉降速率图,发现南通市区存在多个沉降漏斗,但在2006—2007年间没有出现沉降速率特别大的沉降漏斗,大部分区域的沉降速率不超过11 mm.年-1.

多轨道集成PS-InSAR监测高速公路沿线地面沉降研究——以京沪高速公路(北京—河北)为例

监测和治理公路等线性工程沿线地面沉降是保证线性工程正常运营的一项重要基础性工作。本文以京沪公路为试验区,基于2008—2010年相邻轨道的ENVISAT ASAR数据,利用多轨道永久散射体差分干涉测量(PS-InSAR)技术集成方法成功提取了京沪公路(北京—河北)沿线的沉降速率图和沉降剖面图。试验结果表明,该方法不仅统一了不同轨道间影像的坐标系与参考基准,而且使跨轨道、多幅影像的大范围PS-InSAR监测成为现实;同时,确认了京沪公路(北京—河北)沿线的9个沉降中心,分析了沿线6 km范围内的地面沉降情况,该结果与已有研究相吻合。因此,PS-InSAR集成方法丰富了线性工程沿线地面沉降的监测手段,可为线性工程的正常运营提供基础性数据。

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。

融合GPS数据的PSDInSAR公用主影像的优化选取

分析了永久散射体合成孔径雷达差分干涉测量(PS-DInSAR)引起相干性损失的主要影响因子,提出一种顾及大气延迟变化差异的PS-DInSAR公用主影像的优化选取方法,给出了具体的函数模型、建模思想及求解方法.借助天津地区欧空局ENVISAT(environmental satellite)卫星ASAR(advanced synthetic aperture radar)影像和连续运行GPS(global positioning system)永久监测站数据为源数据,采用Bernese 5.0和Matlab7.1及Shell自编程序等开展了融合GPS数据的公用主影像的优化选取实验.实验结果表明,融合GPS数据的模型相关系数法能准确快速地从多幅SAR影像中选出最优公用主影像,为PS-DInSAR的高精度形变监测奠定了基础.

SBAS方法监测城市地表形变初步研究

常规雷达差分干涉测量(DInSAR)技术因受时间和空间失相干的影响,限制了其运用。永久散射体(PS)方法虽然可有效解决失相干和大气延迟等问题,但其要求SAR影像数目较多。而小基线集(SBAS)方法对SAR影像数目不敏感,因此,以太原地区为研究区,收集了2008年1月—2010年8月期间的8幅ENVISAT卫星的SAR数据,采用SBAS方法获取太原地区的地表形变场。发现万柏林、吴家堡和小店的最大形变速率分别为-27.11、-55.92和-67.61 mm/a,所得的形变速率图和形变序列图与前人结果基本一致,从而验证了SBAS方法监测城市地表形变的可行性。

基于PS-InSAR技术探测地表形变的实验研究

常规合成孔径雷达差分干涉测量技术在区域地表形变探测中存在时空失相关和大气延迟的影响,为了克服或减弱它们的影响,分离和提取线性、非线性形变时间序列以及地形数据误差与大气信号,以西安市沉降场为研究对象,用17景Envisat数据进行了实验研究,并与常规D-InSAR结果比较,证实了PS-InSAR技术用于地表形变监测的有效性。

DInSAR技术的最新进展

从传统合成孔径雷达差分干涉测量(DInSAR)技术面临的问题出发,分析了近年来DInSAR技术发展的新趋势,详细论述了最小二乘(Least Squares,LS)方法、永久散射体(Permanent Scatterer,PS)方法和小基线集(Small Baseline Subset,SBAS)方法的原理、应用及发展趋势。

用PSInSAR技术监测地面沉降研究

永久散射体差分干涉测量技术为提高形变监测精度展示了很好的应用前景。根据ERS1/2卫星提供的InSAR数据,采用三重阈值PS自动探测算法,获取了1992—2002年上海试验区的地表沉降,上海试验区的总体平均沉降速率为9.3mm/a,与精密水准测量结果具有较高的一致性。

新兴煤炭资源城市地表沉降监测与治理方法研究

菏泽市郓城县作为新兴的煤炭城市,是国家重要的能源基地,伴随煤炭资源开采而来的各种地质环境问题,给当地群众生产生活以及经济社会发展带来不利的影响。本文基于高精度水准测量、GPS测量和合成孔径雷达干涉测量技术获取郓城县近1000 km 2范围监测区煤矿开采区域2016年沉降监测数据,同时利用同时期机载LiDAR点云和山东省“十一五”1∶10000基础测绘高程点成果生成沉降等值线图,两者对比发现沉降范围和沉降结果吻合较好,监测区最大沉降量达100 mm。