联合GPS和InSAR研究海原-六盘山断裂现今的地壳变形特征

海原—六盘山构造区为青藏高原东北部构造变形最为显著的区域之一,历史强震活动频繁,是研究青藏高原NE向扩展的重要窗口和地震孕育过程的理想场所。文中处理了跨海原-六盘山断裂2014—2020年期间2个轨道的时序Sentinel-1A/B SAR数据,获得了该区域InSAR视线向现今的地壳形变场。融合公开发表的近十多年时间尺度的水平GPS地壳运动速度场,获得了研究区高密度地壳水平形变场。对比GPS、水准和InSAR观测结果,以及GPS-InSAR融合的高密度水平形变场,分析讨论了该区域的地壳形变、应变场特征及其与构造之间的对应关系。主要结论如下:1)GPS和InSAR观测表明,1920年海原8.5级大地震的震后黏弹性松弛效应在海原断裂南侧至今仍较为明显;2)GPS-InSAR高分辨率水平形变场表明,狭义海原断裂左旋滑动速率的递减主要发生在中东段,而中西段递减并不显著,可能与海原断裂向六盘山断裂之间由左旋走滑向逆冲推覆构造转换有关;3)六盘山断裂中—南段的地壳垂直形变和水平形变场特征均显示,该段断裂可能处于强震孕育的中晚期,根据反演得到的断层运动参数和地震地质资料,估算六盘山断裂中—南段发生强震的最大矩震级约达7.5级;4)研究区应变积累较快的区域主要集中在海原断裂附近和海原断裂—香山-天景山断裂之间的左旋剪切区,香山-天景山断裂东南段的应变率场和周围相比明显偏小,存在应变不匹配现象,可能与强震孕育有关。

基于One NET云平台和北斗GPS双模定位的智慧停车系统

本文指出目前智慧停车面临三大技术难题:一是如何实现高精度停车位置定位;二是如何准确实现车位空闲状态检测;三是构建互联互通的停车场停车信息网络系统并对接到云平台,实现整个城市停车信息的大数据共享。为此,本文设计了一款基于OneNET云平台和北斗GPS双模定位的智慧停车系统,从理论上可解决上述3个关键问题。系统经过测试运行正常,数据收发正常,各传感器和北斗GPS定位数据准确,云平台数据更新保持在1~2 s之间。表明该系统具有车位状态监测准确、位置定位可精确到分米级别、数据上传到云平台存储和显示快速及时的特点,能够提高停车场的利用率和周转率,方便车主出行和生活。

基于InSAR与GPS观测的汶川同震垂直形变场的获取

发震断层的形变是断层活动的重要参数之一,对认识断层性质、震源机理有重要作用。文中以逆冲性质为主的汶川地震为例,采用符合地表水平形变特征的Biharmonic样条插值对GPS水平形变矢量插值,然后再分解为EW和SN向分量。利用可靠的GPS观测值对InSAR参考点进行校正,统一两者的坐标系。通过对汶川地震视线向形变场剖面与GPS对比分析发现,断层上盘GPS与InSAR观测参考点相差9.93cm,而下盘则为-11.49cm。在此研究基础上,通过GPS水平形变场与InSAR视线向形变场联合解算,获取了汶川地震垂直连续形变场。结果表明,断层两侧垂直形变衰减较快,横跨断裂带形变量>30cm的宽度不超过50km;沿发震断层附近垂直形变高值区分布不均匀,主要集中分布在发震断裂的汶川县城至都江堰段、茶坪—北川—南坝段和青川段。这3段各有特色,南段断层两侧垂直形变极不对称,主要以上盘剧烈抬升为主,最大抬升区域在映秀镇至连山坪一带,抬升量达到5.5m。中段表现为较强的反对称性,断层一侧抬升另一侧沉降。该段上盘最大抬升区域在茶坪东侧,抬升量为255cm,下盘最大沉降量在永庆,沉降量为-215cm。北端垂直形变相对较小,主要分布在青川北侧,呈对称分布,在发震断层最北端,最大抬升量为120cm。

面向地表三维形变解算的SOR迭代拟合推估GPS-InSAR联合模型应用研究

针对基于最小二乘法在GPS-InSAR联合拟合推估模型中,对小控制范围内地表三维形变联合解算中系数矩阵奇异且扰动大、结果精度低等问题,本文提出一种优化的拟合推估联合解算模型,使用逐次超松弛迭代法(SOR)控制解算模型系数矩阵的扰动,进而提高拟合推估模型联合解算的精度,且使用西宁市南山的GPS和InSAR数据进行直接法、最小二乘法和SOR优化的测试实验。实验结果表明,经SOR优化的拟合推估模型GPS-InSAR联合解算精度明显优于直接法、最小二乘法的解算精度,其中,SOR优化拟合推估模型解算平均误差和均方根误差优于最小二乘法拟合推估模型解算,精度约为64.35%、70.45%,因此更有利于后期地表三维形变的监测。

基于BFGS法融合InSAR和GPS技术监测地表三维形变

虽然InSAR技术具有高精度、大范围和高空间分辨率等优点,但只能监测雷达视线方向上的一维地表形变;而GPS技术虽可以监测地表的三维形变,但其空间分辨率很低.本文针对融合InSAR和GPS技术监测地表高空间分辨率三维形变展开研究.首先证明了简单的局部最优化迭代算法就能求得综合InSAR和GPS监测地表形变速率的能量函数模型的全局最优估值.随后提出了利用BFGS局部最优算法反演最优的地表三维形变速率.该方法既能避免全局最优化算法计算复杂且难以收敛的问题,又能克服传统的解析法中数值计算不稳定的缺点.最后,通过模拟实验和美国南加州真实数据实验表明,该方法能够得到高精度的地表三维形变速率场.而且当观测或插值误差导致解析法误差较大时,BFGS方法仍能得到高精度、稳定的全局最优解.

基于InSAR和GPS观测数据的尼泊尔地震发震断层特征参数联合反演研究

利用日本ALOS-2和欧空局Sentinel-1A卫星获得的尼泊尔地震同震形变场,结合GPS同震位移数据,联合反演了断层滑动分布特征和空间展布.结果表明：尼泊尔地震的同震形变场主要集中在150km×100km的范围内,且分为南北两个相邻的形变中心,南形变中心的视线向抬升量约为1.2m,北形变中心的视线向沉降量约为0.8m,均位于发震断层上盘.位于形变抬升区的KKN4和NAST两个GPS站,抬升量和南向运动量均达到了m级,而远离震区的其他GPS台水平和垂直观测量均在1cm以内.联合反演得到的断层位错分布主要集中在沿走向150km,沿倾向70km的范围内,最大滑动量为5.59m,平均滑动量为0.94m.断层面倾角在浅部约为7°,随着深度增加,倾角逐渐变大,到垂直深度20km时倾角接近12°;5月12日MW7.2级余震位于主震破裂区的＂凹＂型滑动缺损区域;主震破裂区的上边界与MBT空间位置十分吻合,主震破裂区主要集中的MBT以北50~60km处,垂直深度为8~9km,倾角为9°,继续向北时主震破裂面以10°~12°的倾角向深延伸,在18~20km可能与MHT交汇.因此,初步判定MBT为此次地震的发震断层.

利用GPS与InSAR研究西安现今地面沉降与地裂缝时空演化特征

西安孕育严重的地面沉降及地裂缝灾害,严重制约着城市的现代化发展,本文采用GPS精密定位和InsAR遥感差分技术对西安地面沉降和地裂缝进行变形监测与分析,获取了西安地面沉降与地裂缝整体变形现状的珍贵信息,通过对这些变形信息的研究分析,揭示了西安现今地面沉降与地裂缝时空演化特征和机理:随着停止或限采地下水,西安地面沉降量级由20世纪90年代中期的最大年沉降速率20～30 cm/a减少到不足10 cm/a,且超过60%的沉降区域的年沉降速率已由90年代中期的5～8 cm/a减少到不足2 cm/a;原有的沉降中心大部分已不存在或大大减小;地裂缝在时空活动与分布上与地面沉降存在明显的关联性;地面沉降和地裂缝随着西安高新区的建设向南、西南、东南逐步扩展.

GPS与InSAR技术在滑坡监测中的应用研究

合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)应用于地面形变监测已经成为地质灾害研究热点。本文分析了In-SAR技术在滑坡变形监测中的特点与技术优势,监测中InSAR、GPS的结合能够同时提高监测在空间域与时间域的分辨率;本文叙述了GPS、InSAR结合技术的理论与方法。说明利用干涉雷达结合GPS技术对滑坡进行监测是可行的,具有十分广阔的应用前景。

升降轨InSAR与GPS数据集成反演西安形变场

根据InSAR观测量对南北向形变不敏感的特点,将内插GPS数据得到的南北向形变场信息和InSAR监测数据进行集成和融合解算,提取三维形变场。该方法有效避免了因直接忽略南北向形变而带来的精度影响问题,较好地改善了垂向形变场的反演精度。以西安市作为研究区域,融合EnviSat ASAR、ALOS PALSAR及GPS数据,反演西安市2009—2010年在东西向和垂向的绝对的年平均形变速率场(形变场),并与11个水准监测结果进行比对,发现融合反演法不仅能提供三维形变场,而且反演的垂向精度明显优于忽略南北向形变后的反演形变结果,从而对西安市地表形变有更深入的认识。

GPS和InSAR同震形变约束的尼泊尔MW7.9和MW7.3地震破裂滑动分布

2015年4月25日尼泊尔爆发MW7.9地震,继而引发5月12日MW7.3级余震,GPS、InSAR监测到震源区及周边大范围同震形变.本文以国内外的GPS和InSAR同震形变为约束,考虑喜马拉雅断裂带岩石圈垂向分层和横向差异的影响,反演主喜马拉雅逆冲断裂在这次主震和余震中破裂面形状和滑动分布.结果显示,主震从USGS确定的震中位置向东偏南延伸100km以上,破裂地面迹线与主前缘逆冲断裂迹线基本一致.破裂面倾角约7°-11°,大部分破裂集中在深度8-20km,同余震分布深度一致.主震最大滑动量约6.0-6.6m,位于14km深处.余震破裂集中在震中附近30km范围内,填补了主震东部破裂空区,最大滑动约3.6-4.6 m,位于13km深.深度20km以下基本没有破裂.地壳介质不均匀性对破裂滑动分布的影响较大,介质不均匀模型的观测值不符值比各向同性弹性半空间模型降低10%以上.本文地震破裂模型特征与地震反射剖面、以及根据震间期大地测量数据反演的喜马拉雅深部蠕滑剖面极其相似.跨喜马拉雅断裂剖面的震间形变量与地震破裂滑移量直接相关.以此推算,尼泊尔中部大震原地复发周期在300年以上.

GPS/VLBI/SLR/InSAR组合在地球动力学研究中的应用

详细探讨了InSAR技术应用于地球动力学研究的巨大潜力和优势 ;讨论了InSAR与GPS等其它空间技术组合的可能性 ,提出了GPS/VLBI/SLR/InSAR组合的新设想 ,并详细讨论了该方法在地球动力学、现代地壳运动、地球体积和形状变化研究中的应用。在具体组合应用中 ,针对地壳不同形变特征给出了 3种不同的数学模型。

GPS与INSAR数据融合研究展望

分析了GPS与INSAR数据融合的必要性与可行性 ,讨论了GPS与INSAR数据融合存在的主要问题 ,进一步探讨了利用GPS数据改善INSAR相位解缠算法 ,利用GPS与INSAR数据融合建立水汽模型和大气层延迟误差改正模型 ,以及GPS高时间分辨率和高平面位置精度与INSAR高空间分辨率和高高程变形精度有效统一的问题。

基于InSAR与GPS技术的公路采空区变形监测

利用InSAR与GPS融合技术,开展研究高速公路采空区影响的变形监测与评价.针对D-InSAR条带变形信息的稀疏相位解缠问题,提出了一种在GPS中常用的LAMBDA相位解缠算法,建立了合适的解算模型,获取了采空区高速公路D-InSAR条带变形时间序列,掌握了采空区影响发展情况.在InSAR雷达卫星过境的同时,利用三等水准测量进行变形量测,对比验证表明,用InSAR与GPS融合技术进行高速公路变形监测是可行的.进行的基于InSAR与GPS技术的公路采空区变形监测科研成果可靠,具有广泛的应用前景.

通过InSAR与GPS数据融合获取汶川地震同震三维形变场

针对In SAR与GPS两类独立的观测数据,利用广义测量平差理论中方差分量估计法,合理分配权重,有效地融合了这两类观测数据,从而估算出了地表在三维方向上的形变场。以四川汶川地震为例,利用In SAR干涉测量结果和一定数量的GPS观测值,通过该方法获取了地震断层两侧高相干区域上三维形变场,清晰地显示了汶川地震的逆冲和右旋走滑分量的位置分布整体特征。结果表明,在EW、SN和UD方向上地表形变量与GPS结果能够很好地吻合,融合结果在三维方向上的均方根误差均不超过5cm,证明了该方法能够得到精度较高的地震同震三维形变场,也揭示了利用方差分量估计法对相互独立数据之间有效融合的可行性。

GPS与InSAR数据融合在矿山开采沉陷形变监测中的应用探讨

GPS与InSAR数据融合具有重要的研究意义,本文分析了传统测量方法在矿山开采沉陷形变监测中的不足,讨论了GPS与InSAR数据融合的技术优势及其在InSAR相位解缠算法、水汽模型和大气层延迟误差改正模型、时间域与空间域的融合模型和算法等方面研究内容,提出了GPS与InSAR数据融合的研究特点与具体方法,并给出了比较详细的研究方案。

GPS与InSAR揭示喀什坳陷及邻区的垂直运动与构造特征

利用喀什地区10年间的GPS点位观测及200多景2003—2007年间的SAR图像,采取层叠InSAR技术获得了喀什坳陷区与南天山及帕米尔块体的现今构造活动的垂直速度场,结果表明:喀什坳陷区的垂直运动具有明显的分界特征,北部以阿图什南翼断层为界,西南以乌泊尔断层为界,东部为塔里木盆地所围限的喀什坳陷区垂直形变表现为下沉,幅度约1 mm/a,而喀什坳陷区的外围为隆升,幅度约为1 mm/a,隆升速度由西往东逐渐减小,表明塔里木盆地基底与南天山及帕米尔高原交界的前缘界线分别为阿图什南翼断层及乌泊尔断层;柯坪推覆构造体内的垂直运动与主要推覆体的构造活动密切相关,即山体褶皱带隆升,谷地沉降,隆升及沉降的速率约为1^-1.5 mm/a;普昌断裂虽然横切柯坪推覆构造体,但横跨该断裂的剖面表明普昌断裂两侧没有明显的垂直形变运动,进一步表明普昌断层作为"类转换断层",其运动以走滑为主。

联合GPS和InSAR观测结果计算汶川地震三维地表形变

为了解决合成孔径雷达干涉测量(InSAR)不能真实反映三维地表形变量,给分析地震的水平位移场和垂直位移场带来困难的问题,提出一种联合利用GPS和InSAR观测结果计算地表三维位移的方法,并以汶川地震为例进行计算。计算结果表明,汶川地震具有明显的右旋和逆冲特征。

基于GPS和InSAR反演汶川Mw7.9地震断层滑动分布

利用汶川8.0级地震野外考察得到的地表破裂带的空间分布及余震精定位结果,构建了两段发震断层的几何结构模型。基于该模型反演汶川8.0级地震GPS和InSAR同震形变场数据,获得了断层滑动分布及部分震源参数。结果表明:1)联合反演能较好地解释GPS和InSAR所获得的同震形变场,数据拟合度达97.27%;2)映秀-北川断裂反演得到的滑动分布主要集中于地下0～20km处,最大滑动量分别位于北川及青川等地区,尤其是多条断裂经过的北川地区在0～20km深处存在较大滑动量,最大可达到10m,青川地区10～15km深处的滑动量最高达6.5m;3)发震断层都以逆冲为主兼有一定右旋走滑分量,其中汶川地区的平均滑动角为103°,北川地区的平均滑动角为121°,青川地区的平均滑动角为138°,灌县-江油断裂的平均滑动角约为105°;4)反演得到的矩张量达8.7×1020Nm,矩震级为Mw7.9。

用GPS改正InSAR大气延迟误差的研究

大气延迟是InSAR技术用于地表探测的主要误差源,利用GPS改正InSAR大气延迟误差是采用外部数据改正InSAR大气延迟最有效的方法。为了对SAR影像进行逐像素的大气层延迟改正,必须对GPS获取的大气延迟进行加密插值。针对反距离加权内插法(IDW)在GPS大气延迟估计加密插值中存在的问题,提出了对样本点和待插值点间水平距离和高程差赋予不同影响因子的改进反距离加权(IIDW)内插法。试验结果表明,改进的反距离加权内插法的插值精度优于传统的反距离加权内插法,特别当待插值点的高程较样本点的总体高程有明显偏移时,改进的内插法效果更好。

GPS与PS-InSAR联网监测的台湾屏东地区三维地表形变场

联合高精度的GPS水平位移观测和高密度的PS-InSAR雷达视线位移测量,实现地表三维形变的精确反演.本文在准确计算卫星轨道方位角基础上,使用GPS观测位移与星载雷达LOS方向形变的投影转换模型,将雷达LOS方向形变转换为垂直方向位移,并基于地面GPS与SAR影像PS目标联合构建形变监测网,采用参数平差算法估计区域地表形变场.以地质构造活动极其活跃的台湾岛及其西南屏东高雄地区为例,联合屏东地区48个GPS监测台站与雷达PS目标,监测该地区从1995—1999年间由于板块构造挤压运动和地下水抽取导致的三维地表形变.结果表明,该地区年均水平位移量为向西30～50mm/a,高雄沿海地区发生明显的逆时针西偏南的逐渐增大的水平位移;垂直位移为屏东平原南部呈现-10mm/a～-15mm/a的地面沉降,而平原北部和高雄地区呈现约+5mm/a～+10mm/a的地面抬升.