利用CORS站网监测三峡地区环境负荷引起的地壳形变与重力场时空变化

受地球动力学因素特别是地球表层大气、地表水及地下水动力环境影响,地面站点位置、地球重力场及大地水准面随时间变化。以三峡地区CORS站网为主,少量重力台站为辅,采用负荷形变与地球重力场严密组合方法,综合确定了2011-01-2015-06三峡地区环境负荷驱动的地壳形变与重力场月变化,结果显示:（1）CORS站网具备地壳垂直形变、大地水准面及地面重力变化的监测能力;（2）三峡地区地壳垂直形变年变化幅度36.1 mm,大地水准面年变化幅度28.2 mm,地面重力年变化幅度117.4 μGal;（3）CORS站网地面重力变化监测精度水平不低于流动重力场重复测量;（4）CORS站网地壳垂直形变与地面重力变化监测具有一定的外推预报能力。     

CORS网区域重力场变化与地面稳定性跟踪监测方法

为了实现地面稳定性降低时间与地点、持续作用时间与空间影响分布的全面跟踪监测,该文基于卫星定位连续运行站(CORS)站网观测数据,结合地表水、大气及海平面变化资料,提出了CORS站网时变重力场及负荷形变场精化的已知负荷移去恢复法,建立了基于时变重力场的确定性地面稳定性变化定量辨识准则。以丽水温州地区为例,利用2015—2017年CORS网及有关水文观测数据进行计算分析,根据40起已发生的历史地质灾害(险情)事件对结果进行验证:丽水温州地区的CORS网具备区域重力场变化与地面稳定性跟踪监测能力,具备地质灾害灾变过程追踪与前兆捕获能力,CORS站网的地质灾害前兆提前捕获率可达92.5%。     

多时间基线集时序InSAR形变监测:以平寨水库为例

时间基线对于时序InSAR形变提取有着重要影响。本文针对植被覆盖率与含水量较高、地形起伏较大的山地区域形变信息提取较困难的问题,以贵阳市平寨水库为研究区,获取Sentinel-1A雷达卫星2019年1月至2020年12月的历史影像数据,构建不同时间基线集,对比分析提取的地表形变信息;按照时间基线和最短的原则,选择最适宜研究区形变提取的基线条件,基于SBAS-InSAR技术获得研究区两年的沉降速率情况。结果表明,该研究区域时间基线集为60 d时提取的形变信息最为准确,存在误判和缺漏较其他时间基线集少。同时,结合贵阳市2019—2020年月平均降雨量数据及几何水准监测数据,分析了坝体形变时序变化与降雨量的关系,得出降雨量与坝体形变存在较强相关性,且基于SBAS-InSAR技术提取的形变信息与水准监测结果具有趋同性的结论。     

GPS动态监测形变信息提取技术

采用GPS技术对矿区地表移动进行动态监测,针对长距离差分动态定位精度受多因素残余误差的影响,利用主成分分析法(PCA)进行空间滤波,分离区域站点相关的共模误差,以提高坐标序列精度。为进一步分析矿区地表移动受多源影响,采用解决盲信号分离问题的独立分量分析法(ICA),提取各测站形变信息。通过实例与仿真分析,结果表明,利用PCA空间滤波可提高3个分量坐标序列精度分别为46.1%,71.0%及36.8%;基于特征矩阵联合似对角化算法(JADE)进行ICA分解,能够实现各测站形变信息的提取。     

时序SAR幅相联合加权融合方法监测矿区形变

针对煤炭资源的井下高强度开采引起的地表形变问题,开展矿区地表形变的精细监测对于指导矿区生产建设和生态修复具有重要意义。提出一种基于时间序列SAR影像差分干涉信息相位叠加和首末两幅SAR影像强度信息Pixel-tracking技术获取大量级形变信息相结合的加权融合方法,对河北省峰峰矿区万年矿开采工作面进行精细监测,结合现场同期水准测量验证,相对于传统的时序差分相位叠加法和Pixel-tracking法,基于时序SAR影像的幅相联合加权融合方法能够明显地提升矿区形变监测的精度,其水准验证精度为0.051 m。     

三峡库水位变化过程中的地壳垂直形变与重力变化监测

监测三峡库水位变化过程中的地壳垂直形变和重力变化,对三峡水库的安全运行和区域地质灾害监测防治等具有重要意义。本文从直接计算、实际测量和综合解算3个方面研究了三峡库水位变化过程中地壳垂直形变和重力变化。基于资源三号卫星影像提取的水体数据,结合水位数据,直接计算了三峡水库蓄放水从145~175m每隔5m的影响,地壳垂直形变最大可达30mm,对重力影响超过20μGal(1Gal=10~(-2) m/s~2)的范围距离长江中心线约2km内。库区较近的巴东CORS站(ES13)能够实际测量到库水位变化过程中的地壳垂直形变。由于目前三峡库区的CORS站和重力台站数量较少,分布不均,还不能满足紧密跟踪三峡库水位变化过程中的监测需求。利用三峡地区26座CORS站和部分重力台站数据,基于负荷形变理论和球谐分析方法,综合解算了库水位变化过程中的地壳垂直形变和重力变化,与实际CORS监测结果一致。通过对比分析发现,基于CORS站网的综合解算,能够有效提升对库水位变化过程中的地壳垂直形变和重力变化的监测能力。     

时序InSAR水库大坝形变监测应用研究

合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar，InSAR）作为近年来迅速发展的空间大地测量新技术，具有监测精度高、范围大、空间覆盖连续等优点，是解决水利工程形变监测时空连续性问题的有力手段。针对时序InSAR水库大坝形变监测应用中存在的问题，结合环境特殊性和复杂性，研究适合实际需求的时序InSAR分析方法。广南水库的应用实践表明，时序InSAR方法可探测到坝体表面高质量的散射体目标并提取较高精度的形变序列，验证了其对水库大坝、防潮堤等水工建筑物进行形变监测的有效性。时序InSAR形变监测方法在水库安全状况普查及形变历史回溯中具有巨大的应用潜力。     

CORS站用于地表环境参数综合监测研究

卫星导航定位连续运行参考站(continuously operating reference stations,CORS)系统作为GNSS与网络通信技术结合发展出的新兴导航定位CORS系统，具有快速高效、高精度、网络化等优点，不仅可以测量地表位置及运动，还可以借助GNSS信号的折射与反射特征监测地表环境参数变化情况.本文提出一种将CORS站用于“积雪深度、土壤湿度、大气水汽、地表形变”的地表环境多参数综合监测体系，用以拓展CORS站在生态环境中的广泛应用.以齐齐哈尔市CORS站BFQE为实验案例，首先获取实验时段中CORS站接收的GNSS观测数据(含信噪比(signal to noise ratio,SNR)数据)、星历数据及气象数据对其进行预处理；其次对重采样的SNR数据采用非线性最小二乘及Lomb-Scargle谱分析方法解译特定时间段的浅层土壤湿度及地表积雪深度；然后通过联测远距离国际地球动力学服务机构站(International GPS Service for Geodynamics,IGS)采用相对定位技术获取测站的地表形变序列与大气水汽序列；最后，结合上述多种地表环境参数...     

多平台MC-SBAS长时序建模与形变提取方法

卫星时序差分雷达干涉已在区域地表形变监测中展现出极好的应用潜力,但因受卫星寿命及重访周期等因素的限制,单一卫星平台很难为长时间跨度(如5~10年)的时序形变计算与分析提供数据源。为扩展区域地表形变监测的时间跨度,本文提出了基于模型约束的短基线集(MC-SBAS)时序干涉方法,即使用非线性形变模型约束SBAS分析与处理,达到不同卫星平台数据融合和形变监测效率提高的目的。研究选取美国南加州地区为试验区域,使用2002—2005年获取的10幅ERS SAR影像和2004—2008年获取的20幅EnviSat ASAR影像,基于MC-SBAS提取该区域时序形变信息,时间跨度扩展为6.5年;以6个GPS站时序观测数据为参考,对MC-SBAS结果和常规SBAS结果进行了对比验证。分析表明,MC-SBAS、SBAS与GPS形变结果的均方根误差分别为8.7和11.7mm,MC-SBAS形变序列的连续性得到有效改善,而且形变监测精度得到提高。     

基于ARIMA模型的陆态网络CORS站时间序列分析

陆态网络连续运行基准站(简称CORS站)是中国2000国家大地坐标框架的重要骨架支撑。以陆态网络CORS站观测时间序列为研究对象,采用经典差分自回归移动平均模型对253个CORS站进行时间序列拟合分析。实验结果表明该模型能够较好的拟合绝大部分测站的时间序列,拟合后剩余残差序列明显减小且更加收敛。