基于PSInSAR的平南锡基坑铅锌矿采空区沉降监测与分析

矿体开采引起的地表沉降是矿山主要地质灾害之一。为掌握采空区上方地表沉降规律,通过PSInSAR技术对平南锡基坑铅锌矿采空区地表沉降数据进行提取,对比MSPS软件沉降预测结果,并对采集数据进行了分析,研究了该矿地表沉降规律。结果表明:①PSInSAR技术对采空区沉降采集结果与MSPS软件的计算结果一致,证明了PSInSAR技术的合理性;②随着开采的进行,地表沉陷呈现一定的周期性,且随着开采的逐渐稳定,周期间隔逐渐增大;③地表盆地监测结果表明,地表下沉呈现先快后慢的趋势,矿石开采后地表沉速度逐渐增大,随着应力场的调整,地表下沉逐渐变慢。

基于PSInSAR技术的海原断裂带地壳形变初步研究

常规差分干涉测量(DInSAR)受时间、空间失相干的严重制约和和大气延迟等相位误差的影响,难以实现对长期累积微小地壳形变场的有效探测.PSInSAR技术克服了常规DInSAR的局限性,能够高精度监测微小地壳形变.本文首先介绍了PSInSAR技术的算法模型和处理方法.该方法通过二维线性相位模型,对时序干涉图象上相干点目标的差分干涉相位进行回归分析,逐次消除大气延迟、轨道残余和地形残余等相位误差,提取出准确可靠的形变相位,进而得到相干点目标上的累积形变量和形变速率.在此基础上,以祁连山海原断裂带为实验研究区,利用2003～2009年的21景ENVISAT ASAR数据,采用上述相干点目标处理方法进行了海原断裂带地壳微小形变的探索性研究,得到海原断裂东段绝大多数高相干点的形变速率在6～7 mm/a,2003～2009年共6.3年累积位移平均值约为4.2 cm,运动性质为左旋走滑.这一结果与GPS,库仑应力反演和地质学方法得到的结果基本一致,说明PSInSAR技术在长期累积微小地壳形变探测中具有广阔的应用前景和巨大发展潜力,有望成为探测震间微小形变,获取地震形变异常的有效途径之一.

CRInSAR与PSInSAR联合探测区域线性沉降研究

本文提出一种CRInSAR与PSInSAR联合解算算法,并将该算法应用于区域线性沉降探测中.该算法将CR点上计算得出的形变速率值及高程改正值作为研究区域PS基线网络的约束,进而通过间接观测平差法估计出PS网沉降速率和高程改正值的全局最优解.算法实现了人工角反射器雷达干涉测量技术(CRInSAR)与永久散射体雷达干涉测量技术(PSInSAR)的有效结合.实验利用河南地区PAISAR影像对联合解算算法进行验证分析,成功提取出研究区域的线性形变速率场和高程改正场.实验结果表明,该算法可避免人为选取参考点的不确定性,增加了PS基线网络空间维解缠时的多余观测,获取的研究区域形变速率相对于传统算法在精度上有明显改善,与已有地面水准实测形变结果吻合程度明显提高,探测得出沉降区域与研究区域的矿区位置实际分布较为吻合,因而可更广泛有效地应用于区域线性沉降探测乃至矿区地质环境监测中.

多轨PSInSAR监测华北平原地表垂直形变场

针对PSInSAR技术监测大空间尺度地表垂直形变场的不足,提出通过基准转换与数据拼接、融合不同轨道多个独立片区(Frame)获取大空间尺度地表垂直形变场方法.由于不同轨道主影像选取的参考基准不一致、不同轨道垂直基线不同、不同片区相位解缠的参考PS不同等因素影响,使得PSInSAR获得的不同轨道地表垂直形变场的空间基准存在差异,提取的地表形变信息不具有可比性.利用两个相邻片区重叠区域的PS点集,根据迭代最近点算法提取两片区公共区域内同名点,并兼顾同名点距离的权,精确计算两片区的配准参数,实现两片区的"无缝"连接,最后使各独立片区拼接成一个连续的大空间尺度地表垂直形变场.本文推导了多轨PSInSAR技术获得的不同片区形变场基准转换与数据拼接的数学模型,并以华北平原(115.32°E—118.79°E,36.81°N—40.58°N)为实验区,解析了3个不同轨道共12个片区PS目标,获取了研究区2006—2010年地表垂直形变速度场.分析表明:(1)研究区大范围处于下沉状态,形成以北京、廊坊、天津、沧州、泊头—德州等城市为中心向外扩展的地表沉降发展态势,几个沉降中心的平均沉降速率分别达到-34.7mm/a、-26.3mm/a、-64.2mm/a、-34.6mm/a和-37.7mm/a;(2)地表沉降的空间分布特征表明,城市工业生产和生活抽取地下水是地表沉降的主要诱因,农业灌溉和油气开采是导致华北平原大范围地表沉降的另一个重要因素;(3)研究区最大沉降带沿北北东向展布,与区内断裂分布一致,表明沉降的空间分布受到断裂带控制;(4)利用地表同期一等水准测量成果检验了本研究结果,精度达到4.72mm,表明本文提出的数据处理策略能够满足大时空尺度地表形变监测的需求.

基于PSInSAR方法和ASAR数据监测天津地面沉降的试验研究

概述了PSInSAR方法的技术流程,阐述了定标ENVISAT ASAR数据对PS候选点(Persistent Scatterer Cadi-date,PSC)筛选的作用。研究表明:对ENVISAR ASAR数据进行定标有助于筛选出更多的PS候选点;以定标得到的后向散射系数作为阈值,可以剔除散射信号统计特性较稳定但散射强度低的像素点,从而避免可能由这些点引入的相位误差。在初步实现PSInSAR方法的基础上,运用14景ENVISAT ASAR数据获得了天津地区的年均线性沉降速率,揭示的天津市地面沉降趋势与前人研究结果较为一致,获得的形变速率值准确性尚待数据量的增多而进一步提高。

升降轨PSInSAR地面沉降监测结果的互检验与时序融合

升降轨PSInSAR时序分析获得的同一地区2组监测结果分别为升轨和降轨下的地表形变速率与累积变形量。针对研究区地面以下沉为主,水平方向变形极为微小的特点,将视线向(line of sight,LOS)变形转换为垂向的下沉值,以此进行升降轨模式下2组观测值的比较与精度检验。在此基础上,将相干目标的2组观测序列数据融合以实现加密观测。研究结果表明:升降轨模式下沉降速率观测值的互检验精度优于2 mm;2组观测序列数据的融合结果进一步揭示了相干目标在时域上的非线性沉降特征。

基于PSInSAR技术的曹妃甸新区地面沉降发育特征及其影响因素分析

曹妃甸新区是唐山市地面沉降灾害较严重的地区之一。地面沉降的快速发展对曹妃甸新区大宗货物集疏港的功能发挥构成了威胁,因此,全面了解曹妃甸新区地面沉降的分布态势,特别是掌握不同区域地面沉降的主控因素至关重要。基于中高分辨率雷达数据,采用PSIn SAR技术监测了曹妃甸新区的地面累积沉降量分布及演化状况,结果表明:近5 a内曹妃甸新区地面整体下沉,地面累积沉降量普遍在77 mm以上;在曹妃甸区西南部、曹妃甸工业区中部及南部沿海存在数个典型沉降异常区(点),且中心处的沉降梯度都较大。据现场实地调查,特殊的地质环境条件是曹妃甸新区发生地面沉降的客观因素,地下水超采、大规模工程扰动是诱发和加剧地面沉降的外在动力。

基于PSInSAR技术的唐山南部沿海地区地面沉降研究

唐山南部沿海地区是唐山市地面沉降灾害较严重的地区,地面沉降的快速发展对唐山世界级重化工业基地的功能发挥构成严重威胁,全面了解唐山南部沿海地区地面沉降的分布演化态势及其发育主导因素至关重要。基于中高分辨率雷达数据,采用PSInSAR技术获取唐山南部沿海地区地面沉降场的分布及演化信息,可以发现这一地区的区域地面沉降漏斗与地下水位下降漏斗具有良好的对应关系,且沉降区范围沿区内基底断裂带一侧展布。但在曹妃甸工业区,地面沉降特征与过量开采地下水引起的地面沉降特征有所不同,地面沉降区呈点状、斑状分布,沉降区范围较小,沉降中心的沉降梯度大。据调查,特殊的地质环境是该区地面沉降发育的基础条件,地下水超采、大规模工程扰动是诱发和加剧地面沉降的外在动力。

升降轨PSInSAR观测反演沉降与水平向位移试验

In SAR观测的解算值为雷达视线向形变量,在具备多个方向独立观测的条件下可利用最小二乘方法反演垂直、东西甚至南北方向的形变量。由于难以同时获取上下、东西和南北3个方向上的独立观测值,因而可利用升降轨模式实现对垂向和东西方向移动量的估计。以PSIn SAR监测所获取的形变速率为观测值,利用二维简化模型求解地面沉降量和东西方向移动量。结果表明,研究区形变以沉降为主,水平方向移动微小,证明了升降轨PSIn SAR在地面沉降中的适用性和可靠性。

利用PSInSAR时间序列研究拉奎拉地震位移场变化特征

对2009年4月6日意大利拉奎拉(LAquila)Mw6.3级地震9景ENVISAT重轨单视复数据采用双轨模式进行永久散射体(Persistent Scatterer,PS)处理,获得了此次地震时序位移场,结合PS位移场Delaunay算法数值分析,结果表明:1)Envisat干涉雷达完整而清晰地探测到了地震前后位移场变化过程及其在不同阶段与震源断裂相关的不同形变特征:震前蠕动位移-明显变形-震期快速突变-震后量级明显减缓的持续变形;2)在此次分析的约54×59km2区域内,震中以西为大面积上升区,视线向最大上升量为130mm;震中以东为下降区域,但下降集中在破裂区,主要在发震过程及震后形成,视线向最大下沉量为210mm,与GPS监测结果一致;3)地震产生的破裂主要分布在约22×14km2范围内,沿NW走向、SW倾斜的Paganica-S.Demetrio正断层展布,方向约135°;4)本文为探索利用PSInSAR时间序列进行地震趋势预测提供了一个较好的案例.

基于超短基线PSInSAR的道路网沉降监测

通过使用高分辨率TerraSAR-X雷达影像时间序列,采用超短基线PSInSAR模型与计算方法,提取天津市西青区西青道和京沪高速铁路局部路段的地表沉降信息。PS沉降结果与地面水准数据对比分析表明,两类沉降量的差异均值和标准偏差分别为0.47 mm和±2.05 mm,证实了PSInSAR建模与沉降解算方法是有效和可靠的,PS沉降结果的精度可达±2.0 mm左右。

CRInSAR与PSInSAR融合探测地表线性变形速率

提出利用CRInSAR与PSInSAR融合解算地表变形参数的算法。将CR点上获取的线性变形速率与高程改正结果作为PS基线网络的起算数据,依据最小二乘原理求解PS点上待求线性变形速率与高程改正值的最优解。这一算法可融合PSInSAR与CRInSAR两种算法的优势,起到很好的互补作用。实验显示,这一算法获取的线性变形速率精度可达±0.37mm/a,高程改正值精度可达±0.5m,证实该算法在实际地表变形监测中具备可行性。

基于改进LAMBDA方法的PSInSAR相位解缠

相位解缠是PSInSAR技术的一个重要环节,本文提出了一种基于谱修正迭代法改进的LAMBDA方法,用于PSInSAR的相位解缠.新算法使得LAMBDA方法在不需要确定伪观测值的情况下,也可成功进行相位解缠,从而避免了伪观测值选取时的不确定性及由此引入的误差.本文先从理论上分别介绍了LAMBDA方法和基于谱修正迭代法改进的LAMBDA方法的基本原理与数学模型.然后,利用模拟数据和上海地区ERS数据对改进后的方法在PSInSAR相位解缠中的有效性进行验证.结果表明,改进后的方法很好地避免了伪观测值选取不当引入的误差,与传统解缠算法相比,所得监测结果更加准确.

利用PSInSAR技术监测北京地面沉降

地面沉降已成为大城市面临的重大灾害之一,对其进行有效监测十分必要。采用基于相位稳定性特征的PSInSAR对覆盖北京的31景TerraSAR-X数据进行干涉处理,获取了该研究区的地面沉降范围、沉降速率,并对重点沉降区域时序形变特征及成因进行分析研究。实验结果显示,2010~2013年,研究区内的平均形变速率范围为-51.49~8.15mm/yr,与精密水准测量具有较高的一致性,表明PSInSAR监测结果精度可靠,能实现对北京地区的地面沉降情况的有效监测。

基于PSInSAR技术的老采空区地表沉降监测研究

为掌握老采空区地表下沉规律,基于11景Radarsat-2影像数据,采用Sta MPS软件的PS方法对峰峰矿区某矿老采空区地表进行形变监测,获得了2015年5月~2016年3月该矿老采空区的地表沉降情况。分析结果表明:老采空区地表下沉速率呈周期性变化规律,总体呈下降趋势,靠近停采线附近下沉量较大,同时还建立了采空区工作面累积下沉与停采时间的关系式,为评价老采空区地表形变研究提供了基础。

一种基于Sentinel-1连续干涉像对的PSInSAR算法

针对现有的PSInSAR算法中单主影像干涉像对组合方法存在相干性较低、处理流程复杂等问题,利用Sentinel-1数据具有更短时间基线和空间基线的优势,提出了连续干涉像对的组合方法。该方法通过成像时间相邻的影像之间组合生成干涉图,提高相干性,获取信噪比更高的干涉图、质量更优的PS点和更精确的相位解缠结果。针对连续干涉像对组合的特点,提出了一种通过干涉图差分求解地形误差相位的算法,提高了解算精度,达到了提高形变监测精度的目的。最后以天津市为沉降监测试验区,获取了该地区2016年11月至2018年1月共32幅Sentinel-1B影像,生成31幅连续干涉图,利用新算法生成了该地区的沉降速率图,并通过与水准数据进行了对比,验证了新算法的有效性。

基于PSInSAR的2008年汶川M_S8.0地震震后形变场特征

2008年5月12日汶川MS8.0地震造成了巨大的同震形变,地表破裂带分布广泛。为了研究汶川地震震后形变的分布特征,收集了震后2008年5月28日至2010年9月15日的多时相ENVISAT ASAR数据,该数据包括两个相邻条带,能够覆盖震后形变区域。使用基于单一主图像的PSInSAR处理技术分别对两个条带进行处理并拼接,获得了震后时序形变图和年平均形变速率图。研究结果显示,龙门山断裂带两侧的震后形变分布特征明显不同,断裂带西北盘形变量表现为LOS向隆升,最大累积形变约为26mm,最大形变速率约为17±7mm/a;断裂带东南盘形变表现为LOS向沉降,形变量较小,最大累积形变约为-10mm,最大形变速率约为-5mm/a。汶川地震后的形变特征反映了龙门山断裂在此段具有逆冲为主兼有走滑分量的活动性质,本文研究结果与震后GPS观测结果在形变趋势和量级方面具有较好的一致性。

基于PSInSAR技术的常州地表形变监测研究

地面沉降已成为我国主要地质灾害之一,本文利用27景Envisat ASAR数据,采用点目标干涉测量（IPTA）技术,以常州市为实验地区,得到常州地区2007~2011年间地表形变沉降速率图,结果表明,常州市区存在多处严重沉降,最大沉降速率达-31 mm/a,表明IPTA技术在城市地面沉降监测中有广泛的应用前景。

基于PSInSAR技术的山东半岛蓝黄交迭区地面沉降发育特征与影响因素识别

研究区位于山东半岛蓝色经济区和黄河三角洲高效生态经济区的交迭地带,区位优势明显。地面沉降灾害的发生对该区规划建设和港口防潮堤高程构成了威胁,因此,全面了解该区地面沉降的发育特征,尤其是掌握地面沉降的主要影响因素极其重要。前人在不同时段内应用GPS和水准测量方法对该区局部地段地面沉降开展了相应研究,但未对全区地面沉降状况进行分析评价,尚不能有效支撑区域规划建设及地面沉降防控管理。文章在前人研究基础上,基于PSInSAR遥感技术分析了该区地面沉降速率及其变化状况,并与水准测量成果进行了对比。认为多年来该区地面沉降现象明显,超过75%的区域发生了不同程度的地面沉降,在寿光—广饶交界处、寿光—滨海开发区北部、寿光城区西北部和昌邑—滨海开发区北部等存在多个显著片区,且多年变化总体呈现加重趋势;区内存在16个沉降中心,最大沉降速率达到29～168 mm/a,沉降速率超过40 mm/a的占比达到62%以上,主要分布于研究区西部和西北部;该区地面沉降受区域构造、地层结构、地下水开采和地面荷载等因素影响,其中地下水开采是区域地面沉降发生的主致因素,地面荷载加强了局部地段的不均匀沉降程度,区域构造和地层结构为地面沉降发育和加剧提供了地质背景条件。

基于PSInSAR技术的珠海市地表沉降监测与归因分析

为明确珠海市地表沉降s时序变化特征及其原因,通过PSInSAR技术对2017-2019年55景Sentinel-1A数据进行处理和分析,利用CORS站设置连续观测水准点的方法对获取的沉降结果进行验证。结果表明,该方法监测结果与水准测量成果间的相关系数R 2为0.6420,RMSE为3.8114mm/y,珠海市明显沉降区域主要分布在高栏港经济区,鸡啼门河道两侧和白蕉镇,以及横琴新区,调查发现沉降原因主要是人为的填海造陆及未固结软土下沉,其中由于工程建设导致的沉降占总沉降面积的8.74%,填海造成的沉降占17.75%,由于未固结软土下沉导致的沉降占73.51%。研究结果可为珠海市的城市建设和灾害防治提供科学依据。