超分辨率永久散射体干涉测量技术研究

D-InSAR技术和时序InSAR技术是SAR领域最成功的应用技术之一,被广泛应用于从火山地形形变监测、滑坡变形监测及建筑物变形监测等领域。相比D-InSAR技术,时序InSAR技术具备有效减小失相关因素影响、监测精度高等优点,论文在前人研究的基础上,提出了一种新的时序InSAR技术-超分辨率永久散射体干涉测量技术(super resolution persistent scatterer interferometry,SR-PSI)。

永久散射体干涉测量中最佳主图像选取

以系统热噪声、时空基线、季节性变化和多普勒质心频率作为影响因子,建立主图像选取函数,根据生成相干系数矩阵预测最佳主图像,并利用拉斯维加斯地区的数据实际处理结果对该方法的预测结果进行验证。结果表明该方法能够准确地预测PSInSAR数据处理中不相干图像个数以及图像之间的相干系数,为最佳主图像的选取提供可靠的参考依据。

永久散射体干涉测量技术在首都机场的应用

采用永久散射体干涉测量技术,结合2003—2009年间28幅Enviast卫星的ASAR影像,分两次监测首都机场地面沉降情况。试验结果表明,首都机场及其附近区域存在着地表形变。在监测的时间区间内,T1、T2航站楼有下降趋势,年均形变量约为10 mm;T3航站楼有上升趋势,且呈现出不均匀状态。

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。

城市建筑物沉降永久散射体干涉雷达监测

地面沉降对城市建筑物构成巨大威胁,对城市建筑物进行沉降监测具有重要意义.采用德国合成孔径雷达(TerraSAR-X)1,m空间分辨率的雷达影像,使用永久散射体干涉测量(PSI)技术,以天津塘沽渤海石油新村和东沽石油新村为研究区,研究不同类型建筑物(建造时间、层高及地理位置等)的沉降特征.研究结果表明,不同类型建筑物在沉降率和沉降时间过程上具有较强的时空分异性.研究结果可以为天津塘沽滨海新区建筑物沉降风险控制提供科学参考.

永久散射体雷达干涉技术监测上海地面沉降

在地下水开采以及工程建设活动的双重影响下,城市地面沉降问题突出。传统的地面沉降监测水准测量虽精度高,但点密度低、成本较高。永久散射体雷达干涉技术(PSInSAR)监测地面沉降,具有低成本、大面积和高精度特点。选用2003～2005、2007～2008、2008～2009年间覆盖上海城区的中等分辨率Envisat ASAR影像,获得上海不同时期沉降速率图。其中2003～2005和2007～2008年间的结果与水准数据进行了比较验证,达到了毫米级精度。利用2008～2010年间获取的TerraSAR-X影像得到的沉降速率图还表明:基于序列高分辨率SAR数据不仅可以监测地面沉降,还可对大型单体建筑物及地铁等线状地物进行形变监测,证实了PSInSAR方法的有效性和应用潜力。

基于PS-InSAR干涉测量技术的高铁工程沉降监测研究

以永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术为基础,探讨高铁工程沉降监测的新方法。通过对合成孔径雷达卫星数据进行干涉处理,实现对高铁地表沉降的监测。先探测高铁工程沉降路段PS点,再进行模型构建。结果显示,实验选取的高铁运行路段中,靠近桥梁部分沉降最为严重,达到-23 mm/a,并且L1高铁路段靠近铁路部分沉降率高,最高达-16 mm/a,L2靠近桥梁的部分,沉降速率最高达-24 mm/a。研究结论显示,PS-InSAR技术能够精确地识别和评估高铁工程中的沉降风险,为确保高铁网络的安全运行提供了重要的技术支持。此项研究能为我国高铁网络的安全性和可靠性作出贡献。

利用永久散射体雷达干涉技术进行太原市地面沉降监测

城市地面沉降问题日益突出,传统的水准等地面沉降监测手段成本高、效率低,在地面沉降监测技术创新上,最近发展的永久散射体雷达干涉技术(PS-InSAR)具有低成本、大面积和高精度的优势。本文利用2003-08—2010-09年间的39景覆盖太原市的Envisat ASAR影像,基于StaMPS PS-InSAR方法获得该时期太原市的地面沉降速率图,为相关部门采取有效措施遏制太原南部地区地面沉降提供了科学依据。

雷达干涉测量中人工角反射器设计及在影像图中的识别

合成孔径雷达干涉测量(InSAR)是20世纪后期发展起来的一种新的测量技术,具有全天时、全天候、能获得面数据等对地观测特点。但在实际应用中却受到时间和空间失相关以及大气效应等条件的制约。选取金沙江流域地处高山峡谷区的某河段为研究区域。由于传统的InSAR技术达不到理想监测效果,因此应用了角反射器(CR)技术。首先阐述了CR在InSAR技术不同发展阶段中的应用;介绍了其制作及现场安装过程中应注意的问题。最后采用双重阈值法来识别CR,识别出的CR位置与实测CR中心位置坐标相吻合,证明了其识别CR的有效性。

基于合成孔径雷达干涉测量的高速铁路下伏老采空区稳定性监测分析

揭示老采空区现有变形规律是老采空区的稳定性分析的关键,而合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)技术对于广域地表变形监测有着传统测量技术无法比拟的优势。针对贵南高铁穿越大盘井采煤沉陷区的地表监测,采用最新的永久散射体对合成孔径雷达干涉测量(persistent scatter pair InSAR,PSP-InSAR)技术,弥补了传统合成孔径雷达差分干涉测量(differential InSAR,D-InSAR)和永久散射体合成孔径雷达干涉测量(persistent scatter InSAR,PS-InSAR)算法的缺陷,获得了老采空区的沉降变形。并通过实地考察老采空区上方已有建筑和道路,对InSAR测量结果进行了验证。结果表明:2011—2013年及2014—2015年,大盘井采空区大部分点年平均沉降速率为-8~4 mm/a。通过对采空沉陷区地面沉陷调查发现地面建筑物和道路未产生有沉陷特征的沉降和破坏。因此,认为大盘井煤矿采空区沉陷趋于稳定。

永久散射体与短基线雷达干涉测量在城市地表形变中的应用

在介绍永久散射体与短基线集雷达干涉测量方法的基础上,以辽宁省盘锦市为例,运用两种方法研究了其市区地表形变特征。对比升降轨永久散射体方法与短基线方法所得到的形变平均速率和时序分析可知,两种方法所得的研究区域的地表形变趋势较为可靠,且以垂直沉降为主,新城区是最大沉降区域,最大下沉速率达20 mm/a,其他区域较为稳定。

基于时序InSAR技术的信阳市中心城区地面沉降监测

基于小基线集合成孔径雷达干涉技术(SBAS-InSAR)对2018年11月至2022年10月间Sentinel-1卫星数据进行处理,获取了信阳市中心城区该时期的地面沉降变化,并利用永久散射体干涉测量技术(PS-InSAR)对沉降区的同名点进行验证。结果表明:PS-InSAR和SBAS-InSAR沉降结果保持了良好的一致性;信阳市中心城区整体呈现“老城稳定,新区沉降”的特征,其中羊山新区地表沉降最为明显;利用SBAS-InSAR技术进行城市沉降监测具有一定的适用性和可靠性,可为信阳市中心城区地表沉降的监测和预警工作提供参考。

利用合成孔径雷达干涉测量技术监测地面沉降及其诱发的地质灾害：墨西哥莫雷利亚市研究实例

利用常规合成孔径雷达干涉测量技术（InSAR）和永久散射体干涉测量技术，对在2003至2010年问获取的23幅ENVISAT合成孔径雷达（SAR）图进行处理，以调查墨西哥莫雷利亚市地面沉降的时空分布模式。这些沉降区以地下水超采导致的集中圆形模式（例如格兰德河曲流区域；最大变形为7-8cm／yr）分布，或者以沿东北．西南或东一西向以及与主要断层平行方向延伸的模式分布（例如LaColina、LaPaloma和CentralCamionera断层；最大变形为4-5cm／yr）。在一些主要正断层上盘区也测量出较高的沉降速率，而在这些断层上盘区出露的第四系可压缩沉积层序厚度最大。横跨主要断层鉴别出明显的沉降速率差异，这表明这些断层起到地下水水平运动的阻挡层的作用。沉降速率与可压缩沉积层总厚度之间显示弱正相关性，而与抽水速率或静水位变化之间无任何相关性。利用常规InSAR对地面变形进行的延时分析揭示了LaColina断层和格兰德河曲流区北部地面沉降随时间的变化。对于格兰德河曲流区，InSAR测量的横剖面和三维视图以及沉降速率随时间变化的分析结果表明，沉降速率自2005年以来开始增大；这与PradosVerdesII井的再次下套管有关，因为该井井位处于最大沉降区中部。

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。

永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术在中缅油气管道沉降监测中的应用

中缅油气管道的沉降导致管道弯曲、变形甚至破裂,因此开展管道沉降监测对于管道的建设与维护具有重要意义。永久散射体合成孔径雷达干涉测量(PS-InSAR)技术具有全天时、全天候、监测范围广和精度高的优势,以中缅天然气管道——若开山段两侧3 km缓冲区范围为研究区域,采用PS-InSAR方法获取异常形变区域,然后进一步结合研究区的坡度、坡向、植被和土壤等多源数据信息建立风险判定模型对中缅油气管道进行滑坡风险评估,并判定滑坡及管道风险等级。主要结论为:1)基于升、降轨融合的PS-InSAR方法进行形变监测,共获取90个形变较大区域,平均形变量在-25~25 mm之间,大部分区域仍趋于稳定。2)基于坡度、坡向等多源数据进行滑坡风险等级划分、管道运行安全等级划分,结果显示滑坡一级风险区13个,二级风险区18个,三级风险区59个;管道一级风险区10个,二级风险区14个,三级风险区66个。

采空区地表InSAR形变监测与安全稳定性评价

为探明河南省平顶山市某变电站拟建场地的安全稳定性,避免采空区地表沉降或倾斜给变电站造成安全隐患,采用永久散射体(PS)合成孔径雷达干涉测量(InSAR)研究平顶山市2015—2022年间的45景Sentinel-1A数据,精细化分析拟建场地的9个代表位置的时序形变特征,进而建立基于InSAR监测的采空区地表场地安全稳定性评价机制,完成对场地的安全稳定性评价。研究结果表明:基于模糊数据集的模糊PS选点法可克服PS点密度低的弊端,有效增加分析可用数据,提升监测结果的准确性;依据基准点校正拟建区内代表点的时序形变后发现,拟建场地整体形变较小且逐渐呈现趋于稳定的趋势,最大沉降量为13.05 mm,最大沉降速度为5.73 mm/a,最大倾斜为0.070 mm/m。基于安全稳定性评价机制分析可知:采空区地表场地移动变形处于稳定状态,变电站地基基础处于安全状态,采空区地表沉降对拟建变电站的影响程度小,综合3种评价指标进行分析,采空区地表场地安全稳定性等级为高,具备建设变电站的可行性。

基于PS-InSAR的道路穿越区长城形变分析

随着交通网络不断扩展,现代道路穿越古老的长城,这种变化引发了长城的形变效应,成为引起广泛关注的议题。为了更深入地了解道路穿越长城对其形变的影响,研究采用了永久散射体合成孔径雷达干涉测量(PS-InSAR)技术,对长城周边区域进行了详细的形变分析。研究发现,道路穿越长城的行为明显影响了长城的形变情况,尤其是在特定区域出现了明显的地面沉降现象。这种形变表现为在道路穿越区域内的长城被拉伸和压缩,导致最大累积沉降量高达75.2 mm。在这些受影响的区域中,长城的沉降速率甚至达到了每年24.6 mm。通过对长城振动变形信息的综合分析和呈现,研究揭示了道路穿越长城对其造成的明显形变效应。这一研究成果不仅对长城的保护和管理具有重要的实际应用价值,还为类似地区的形变研究提供了参考和借鉴。

基于PS-InSAR的广西北部湾沿岸形变探测及成因分析

受强降雨等极端天气影响,广西地区沉降地质灾害频发。为保障区域可持续发展,利用36景Sentient-1A卫星影像,探究广西北部湾沿岸地区土地形变情况并分析其成因。首先基于PS-InSAR技术和SBAS-InSAR技术,获取2018年1月~2020年12月广西北部湾地区地表沉降信息。结果表明:两种方法具有高度一致性,研究区域最大累计沉降量达-78.1 mm,最大平均形变速率为-22.664 mm/a。其次结合降雨量数据与人类活动强度,分析地表形变成因,结果进一步表明:广西北部湾地区累计沉降量与人类活动强度呈现正相关;每年7、8月雨季时,地表形变速率提高,雨季结束后,部分地面出现抬升。人类活动与降雨是导致广西北部湾地区大面积不规则沉降的重要原因。

门控循环神经网络的时序PS-InSAR地面沉降预测

为防止中国香港国际机场填海造陆引起的地面沉降对基础设施造成破坏,利用永久散射体合成孔径雷达干涉(PS-InSAR)技术,获得中国香港国际机场2016~2020年地面沉降数据,并利用小基线集雷达干涉(SBAS-InSAR)技术以及水准点数据验证;引入门控循环(GRU)神经网络构建堆叠式GRU地面沉降预测模型,对中国香港国际机场未来地面沉降进行时序预测,并与SVM和MLP神经网络进行比较。结果表明:中国香港国际机场2016~2020年地面沉降空间分布不均匀,累计沉降逐渐增加,2020年12月垂直向的累积沉降量已达106 mm。构建的堆叠式GRU神经网络地面沉降方法相比SVM和MLP更准确,2021年7月中国香港国际机场最大累积地面沉降可达111.8 mm。本文提出的地面沉降时序预测模型,可作为一种有效预测地面沉降的方法,为地面沉降早期预警提供关键技术支持。

基于时序InSAR技术的滨海新区地面沉降监测

针对传统地面沉降测量方法在大范围测区内费时长、时效性差等缺点,本文利用2017—2021年覆盖天津市滨海新区Sentinel-1A影像数据,采用永久散射体合成孔径雷达干涉测量(PS-InSAR)和短基线集合成孔径雷达干涉测量(SBAS-InSAR)技术获取地面沉降数据,通过地表形变信息的时空分析确定各类因素对地面沉降的影响并交叉验证结果的可靠性。分析结果表明,天津市滨海新区的地面沉降受到降水、第四系地层厚度、地下水等因素影响。其中,天津市滨海新区在2017—2021年存在地面沉降现象,最大沉降速率为-130 mm/a,最大抬升速率为40 mm/a,最大累计沉降量为-411 mm。重点沉降区域主要分布在东北部的杨家泊镇与寨上街道交界地区以及西南部的中塘镇和北大港水库附近。