高分辨率光学和SAR遥感影像在地震地质灾害调查中的应用——以九寨沟M7.0级地震为例

快速全面的获取地震灾情信息对于减少灾害损失、预防次生灾害发生具有重要的意义。遥感技术凭借其快速、大范围、高精度地获取地面信息的特点在震后信息提取中发挥了重要作用。传统光学遥感数据由于受到震后多云雨天气的影响,往往难以获取有效数据。合成孔径雷达(SAR)能够全天候获取数据,已成为震害评估的重要数据源。随着遥感图像向着高分辨率方向发展,数据所包含的信息也越来越丰富,更有利于地震地质灾害调查。本文以2017年九寨沟地震为例,采用高分辨率光学和SAR遥感图像为数据源,从道路震害分析、滑坡次生灾害提取、同震形变场计算等多个角度开展应用研究,对此次地震地质灾害进行调查。结果表明,结合高分辨率光学和SAR遥感影像各自的特点和优势,能够在地震地质灾害信息全面调查中发挥重要作用。

基于升降轨InSAR技术的砀山县地面沉降监测与分析

针对皖北平原区地面沉降监测网络尚不完善的现状,本文以砀山县为研究区,采用升降轨异源时序合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术监测,获取该区域2017年5月—2020年12月间的地面沉降信息,并对其时空发育特征及研究区内铁路工程的基础结构稳定性进行了详细分析。结果表明,研究区监测时段内存在严重的沉降漏斗,中心处沉降速率超过60 mm/a,且主要集中在城区;此外,受地面沉降影响,陇海铁路和徐兰高铁部分路段出现不同程度的形变病害,最大沉降速率值分别超过25 mm/a和12 mm/a,需引起关注。为了验证所获取沉降信息的可靠性,对升降轨异源监测成果进行了相关性分析,通过对比发现二者的相关系数达到0.95,具有较高的一致性。

雷达卫星遥感的发展及应用现状

随着信息技术和传感器技术的飞速发展,遥感数据的获取方式逐渐多元化。目前,光学影像已经被大众广泛认知,其应用较为成熟,而雷达图像因其特殊的成像方式和图像特征,应用程度较低。TerraSAR、CosmoSky-Med、RADARSAT-2三颗高分辨率雷达卫星的成功发射,星载高分辨率雷达的应用优势越来越凸显。随着各行业对雷达遥感成像优势及其技术可行性的不断了解,雷达遥感技术已经在某些业务领域发展成为常规、必不可少的监测手段。

基于自动阈值与区域增长的SAR影像海岸线提取算法

为实现对海岸线的动态监管和监测,提出了一种自动阈值与区域增长相结合的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)影像海岸线自动提取方法。首先结合Canny边缘检测和最大类间方差法(OTSU方法)实现自动阈值分割提取水陆分界线;在自动阈值提取的基础上,对水域进行开运算和图像分割,将占有较大比例的海上水体作为种子点进行区域增长,获取海上水体,从而去除陆地水体、阴影等误分为海域的部分;之后对区域增长法获取的海陆分割结果进行去噪、填充等形态学优化处理,填补海上船体、风车、岛礁等造成的空洞影像,形成最终的海陆分割结果;最后,使用Canny边缘检测算子获取海岸线。基于江苏海岸带的实验结果表明该方法可以高精度地提取出光滑、连续的海岸线,在SAR影像海岸线提取中具有较强的实用性。

江苏省兴化市主城区地面沉降现状及InSAR监测技术验证分析

长期以来,兴化市主城区持续开采Ⅱ、Ⅲ承压水,造成含水层水位埋深不断下降最终导致形成多个地面沉降漏斗。为科学保障地面沉降监测精度和水平,对比2017—2020年高分辨率InSAR监测成果以及63个有效验证点位的水准测量数据,验证结果表明,绝大多数同名点的形变偏差在5 mm内,均方根误差为3.94 mm,两种监测数据误差值相对较小,具有较好的一致性。

江苏如东北部水产养殖区地面沉降现状分析与防控建议

江苏如东北部水产养殖区自规模化运营以来,长期对区内浅部地下水进行集中式开采,区内地下水水位持续下降形成水位漏斗,继而导致地面沉降的发生,是苏北地区典型水产养殖引起的地面沉降区,为全省地面沉降研究新的拓展区和实践区。根据2017—2020年度高精度InSAR监测数据,圈定研究区地面沉降重点沉降区及影响范围,通过39个开采井水位统测数据对比研究,证实区内地下水水位漏斗与地面沉降展布形态和特征具有较好的一致性,科学佐证了地下水开采是研究区地面沉降形成的主要诱因。

时序InSAR技术在养殖采水沉降监测方面的应用

针对沿海地区在不良地质条件和人为活动共同作用下容易诱发地表沉降的问题,本文选择江苏省连云港南部作为研究区,以2019年2月至2019年12月拍摄的13期5米分辦率RADARSAT-2卫星超宽精细模式影像为数据源,利用时序InSAR分析方法获取了该区域养殖采水引发沉降的空间分布与量值,并将监测结果与同期获取的水准点观测数据进行对比,验证了成果的可靠性。结果表明:高分辨率时序InSAR分析方法在养殖区抽采地下水引起的小范国沉降漏斗监测方面应用优势突出,能够准确圈定沉降范围,评估影响程度,为房屋损毁赔偿、耕地资源破坏提供技术支撑。

近20年来长江经济带生态环境变化

长江经济带发展战略实施以来,长江上、中、下游地区经济快速发展,与此同时,生态系统不可避免受到扰动,长江经济带生态环境状况面临压力,亟需开展长江经济带生态环境质量评价。本文选取2001年和2020年MODIS和Landsat遥感影像计算湿度、绿度、干度、热度4个评价指标,通过主成分分析方法计算遥感生态指数RSEI,对长江经济带11省(市)生态环境现状及变化进行定量分析评价。结果表明长江经济带整体生态环境等级为较优,2001—2020年保持总体向好态势。空间分布上,生态环境优等区域主要分布于武夷山、罗霄山、雪峰山、武陵山、巫山、大巴山、大别山、西双版纳等山地丘陵一带,生态环境较差及差等区域主要分布于大中小城镇等人类聚集地、川西横断山区。时空变化上,生态环境等级下降区域主要集中在长三角太湖周边、江汉平原、洞庭湖周边、安徽西北部、湖南南部及四川盆地等人类聚集地周边,生态环境等级上升区域主要集中在四川盆地大部、重庆山区及三峡库区、贵州大部、云南东南部、安徽中部及北部、江苏北部等地区。

基于SBAS-InSAR技术的川藏铁路澜沧江段滑坡隐患早期识别

早期识别是实现地质灾害防灾减灾的有效途径之一,然而复杂地形区滑坡的早期识别一直是个难题,尤其是位于高山峡谷区的滑坡隐患点。为了全面准确地获取川藏铁路澜沧江段的滑坡隐患,采用SBAS-InSAR技术,通过Sentinel-1(升轨)和RADARSAT-2(降轨)数据结合互补的方式,对川藏铁路澜沧江段进行滑坡隐患早期识别。解译结果显示2018年8月至2020年2月研究区LOS向的形变速率分别为-58~21 mm/a(升轨)和-42~16 mm/a(降轨),转换后的斜坡向最大平均速率达到-128 mm/a。基于升降轨数据的斜坡向形变结果,识别出川藏铁路澜沧江段的113处滑坡隐患点,其中存在4处滑坡隐患密集区以及13处典型滑坡隐患点,进一步分析了两处重点滑坡隐患的形变特征和滑移机制。本次研究结果对于川藏铁路线路选定以及澜沧江大桥上、下游的防灾减灾具有一定指导作用,不同轨道数据结合互补的方式为川藏铁路沿线的高山峡谷地区的滑坡隐患早期识别提供参考。

分布式目标反演形变的关键性问题分析与处理

分布式目标广泛存在于自然界中,就传统时间序列InSAR技术而言,难以将其应用于地表缓慢形变反演流程中。主要存在2个方面的原因:1)分布式目标呈面状分布,在影像空间中拓展结构难以确定,缺少对应的提取方法;2)分布式目标的时间序列相位不稳定,与永久散射体不同,难以建立其与待估参量之间的解算模型。为了满足融合分布式目标与高相干点目标反演地表形变的实际应用需求,该文详细分析了利用分布式目标反演地表缓慢形变存在的关键性问题,并结合当前国内外研究进展给出相应的处理方法,使得联合分布式目标与高相干点目标反演地表形变成为可能。

高分辨率时序InSAR在矿区开采沉陷监测中的应用--以霄云矿区为例

煤炭资源的高强度开采在促进社会经济发展的同时,也造成了一系列地质环境问题。采煤沉陷区的综合治理及生态修复亟需矿区现状调查数据作为基础支撑,而现状数据的快速更新在监测效率、经济代价及可延续性方面对当前测量方法及工作手段提出了更高的要求。该文以济宁市霄云矿区为例,采用时序InSAR技术对2016—2018年间的15期高分辨率RADARSAT-2XF模式影像开展解译处理,获取霄云矿区的时空形变特征,并结合不同时段开采工作面位置进行了监测结果分析。结果表明,高分辨率时序InSAR技术能够有效识别矿区开采引起的形变迹象,满足采煤沉陷区下沉信息精确获取的监测要求,为大范围开采沉陷信息的获取及影响程度的划定提供了可靠技术方法。

宝日希勒露天矿边坡滑前形变特征的时序InSAR分析

近年来,随着开采深度和边坡高度的不断增加,内蒙古宝日希勒露天矿区边坡稳定性问题日益突出,对矿区周围的工矿设备和工作人员的生命安全构成了威胁。2020年4月30日,该矿区工作帮发生体积约130万m~3的大型滑坡,为研究此次边坡滑前的形变特征,本文采用39景Sentinel-1A卫星IW模式序列影像,以时序合成孔径雷达干涉(InSAR)技术为处理方法,获取了2019年1月4日至2020年4月28日矿区边坡滑移前的形变信息。经分析,该矿区东侧工作帮在监测时段内存在明显形变迹象,边坡滑移区域最大形变量超过1 000 mm,且结合光学影像发现东侧边坡南端后缘于临滑前已出现明显的拉裂痕迹,InSAR监测结果与光学影像上滑坡发生后的轮廓位置相吻合。该结果表明InSAR技术在露天矿区边坡稳定性评价方面有很好的应用潜力,它能够在快速获取影像覆盖范围内各露天矿区边坡形变信息的基础上,为地面监测设备布设位置的合理选择提供指导。

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。

大型交通线路典型形变的InSAR监测与分析

高速铁路、高等级公路、城市地下轨道工程等大型线路是现代交通路网的重要组成部分,受自然和人为因素的共同作用,许多城市生命线工程正面临着严重的形变病害问题。本文利用时序InSAR方法对大型交通线路工程体存在的典型局部形变现象进行监测分析,该工作可为其形变隐患靶区的圈定及其影响程度的划分提供参考,在构建大型交通线路稳定性立体监测网络体系中充分发挥InSAR技术的监测优势。

贵州龙井村滑坡前兆形变的多源SAR影像分析

为了获取贵州兴义市龙井村大型岩质滑坡的前兆形变信息,该文以RADARSAT-2和Sentinel-1A影像集为数据源,采用时序InSAR分析方法,解译得到该滑坡2018年初至临滑前的形变速率与时间序列。针对研究区单一影像源形变监测结果存在的离散点密度少、滑坡体时序演化规律刻画不足等问题,该文在充分融合相干分布式目标进行形变反演的基础上,结合两类影像源的空间分辨率和重访周期优势,获取到滑坡发生前周边的形变信息。分析结果表明,龙井村滑坡在监测时段内存在明显形变行为,且其发生前两个月内有加速下滑迹象,时间序列曲线切线角增大,滑动风险逐渐增加。