利用InSAR技术研究黄土地区滑坡分布

InSAR技术能够获取大面积、连续、高精度的地表垂直形变信息,可用来监测地震、火山、滑坡等自然灾害造成的地表形变。文章介绍了InSAR技术在监测陕北黄土地区滑坡中的应用,首先进行野外地质勘察和TM光学遥感影像解译,接着通过EnviSat SAR数据差分干涉处理,获取研究区干涉形变场,提取出滑坡位移量,最后详细分析黄草湾至董家寺沿线一带的滑坡变形范围,并划定出了4个有一定变形的重点监视区。     

InSAR技术在多年冻土区形变监测的应用

作为大地测量的一种新兴空间技术,合成孔径雷达干涉（synthetic aperture radar interferometry, InSAR）具有全天时、高精度、大范围和速度快的优点,逐渐被应用于多年冻土区地表形变监测中。通过综述多年冻土形变原理及InSAR监测多年冻土形变的应用实例,研究表明：在气候变暖的背景下,多年冻土区地表年际形变以下沉为主,多年冻土上限附近地下冰含量的大小是影响年际形变量的主要因素;活动层内土壤含水量影响着地表季节形变量的大小,不同类型多年冻土区的地表年际形变量和季节形变量存在着较大的差异。研究还表明,不同波长的SAR产品在不同类型多年冻土区的适用性不同,下垫面特征对利用InSAR获取地表形变量有较大影响,L波段的SAR数据在植被覆盖度较好的区域有更好的效果。由于InSAR的失相干问题,加之目前还缺少长时间、多类型、高频率的实测形变结果作为验证和标校数据,获取准确且连续的大范围形变数据较为困难。针对目前寒区研究需求,布设野外长期观测站点,建立适用于不同多年冻土区的地表形变反演算法,构建具有较高精度和较高时空分辨率的地表形变数据集具有重要的实践和科学意义。     

基于InSAR技术的川西高山峡谷区地质灾害早期识别研究——以小金川河流域为例

采用短基线集时序干涉测量(small baseline subset InSAR,SBAS-InSAR)技术,利用多时相合成孔径雷达数据,对川西高山峡谷区开展地表多时相、长时序形变监测与地质灾害隐患早期识别研究。介绍了时序InSAR方法原理,梳理了数据处理流程,分析了小金川河流域雷达可视性,利用2018-11—2019-12共26期的Sentinel-1A历史存档数据开展了流域内地表形变监测,结果表明: 流域内雷达视线方向的年平均形变速率为-51.12~75.28 mm/a; 依据形变异常分布规律,共判译出4处形变异常区与11处潜在地质灾害隐患点,其中6处隐患点为已知地质灾害点,其余5处隐患点尚不为人知。以隐患点P1(阿娘寨滑坡)为典型案例,开展了长时序监测分析与验证,评估利用InSAR技术开展地质灾害隐患早期识别的可靠性,证明了SBAS-InSAR技术在地质灾害早期识别中的优势及有效性,其技术成果在川西高山峡谷区具有大范围推广应用的潜力。     

极具潜力的空间对地观测新技术——合成孔径雷达干涉

“合成孔径雷达干涉(InSAR)”是近十年发展起来的空间对地观测遥感新技术。它具有从覆盖同一地区的星载(或机载)合成孔径雷达复数图像对提取干涉相位图,借助于雷达成像时的姿态数据重建地表三维模型(即数字高程模型)的巨大潜力。尤其是基于多幅雷达复数图像处理的差分干涉技术(D-InSAR)可以用于监测地表形变,精度可达厘米级甚至更高,其监测空间分辨率是前所未有的。介绍了InSAR和D-InSAR的基本原理,对影响干涉结果的一些重要因素做了分析,重点回顾和展望了差分干涉技术在与地表形变有关的地震监测和震后形变测量、地面下沉和山体滑坡、火山运动监测等方面应用的现状和前景。     

基于SBAS-InSAR技术的金沙江流域沃达村巨型老滑坡形变分析

近年来突发性高位滑塌灾害日益频发,造成恶劣影响。这类地质灾害调查难度高、隐蔽性强,单靠群测群防和地质调查难以解决灾害的防治问题。随着雷达遥感卫星数据质量的不断提升,合成孔径干涉雷达测量(InSAR)中的SBAS-InSAR技术为特大型老滑坡灾前形变探测提供了新的技术途径。利用SBAS-InSAR技术对金沙江流域沃达村滑坡进行地表形变监测,获取了2017年3月30日至2019年9月28日内的形变结果,划定了强烈形变区(Ⅰ雷达)、均匀形变区(Ⅱ雷达),分析了滑坡复活区整体和局部滑塌地表形变速率、累积位移变化趋势和主裂缝形变情况。同时实地进行了工程地质调查和复核,发现老滑坡复活区变形迹象与SBAS-InSAR技术解译成果有着较好的一致性。表明SBAS-InSAR技术在复杂山区地质灾害监测预警领域有较为广阔的应用前景,为类似老滑坡监测预警提供了新的思路与借鉴。     

多源遥感数据在地下采煤塌陷识别中的应用与分析

长期的地下采煤会造成地表沉降,严重影响矿区生态环境和人民生命财产安全,采取可行有效的方法对矿区采空塌陷进行监测与分析,是实施地质灾害精准防护的首要前提,具有重要现实意义。为此,本文利用Sentinel-1 SAR雷达影像和高分辨率光学遥感影像,分别采用小基线(SBAS)InSAR技术和人机交互遥感识别方法对纳雍县鬃岭地质灾害群地下采煤塌陷范围进行了监测识别,对比分析了各自技术特点。结果表明:①基于小基线InSAR雷达监测技术能很好反映监测期内地表形变信息,对因地下开采引发的地表形变较大或微小形变均能有效识别,但对早期煤矿开采造成而目前趋于稳定的采空塌陷识别能力不足;②高分辨率光学遥感人机交互解译对于目前采空塌陷形变已趋于稳定或历史上形成的采空塌陷区损毁土地情况有很好的识别;③综合InSAR 监测技术和高分辨率光学影像遥感识别方法,能较全面获取采空塌陷范围及损毁情况,可为矿山地质环境治理、地质灾害防护提供参考依据。     

升降轨Sentinel-1A时序InSAR的中川国际机场地表形变监测与分析

可靠地监测基础设施的形变对于评估其结构健康至关重要。本文以中川国际机场为研究区,基于46景升轨和45景降轨Sentinel-1A雷达影像,使用SBASInSAR和PSInSAR技术获取了中川国际机场2017年3月27日至2020年3月23日、2017年3月20日至2020年3月28日的地表形变速率以及时序位移量,并采用内、外部检验的方式对4种监测结果进行了评定。同时结合相干性系数均值、直方图统计、形变速率方差及其标准差,选取最理想的形变结果从人为因素和自然因素分析了中川国际机场地表形变的成因。结果表明:4种形变结果总体较为一致,不同轨道模式数据采用同种时序InSAR技术所得监测点的方差和标准差较为接近,同种轨道模式数据采用不同时序InSAR技术的形变结果略有差异,SBASInSAR相比PSInSAR的监测结果更为稳健。中川国际机场存有零散的沉降区,机场西南角的形变最显著,最大的垂直沉降速率达11 mm·a-1。中川国际机场的地表形变与道路网、内部扩建等人为因素有关,地层界线与机场内部形变不直接相关,地表沉降区与岩性关联紧密。在进一步推进中川国际机场建设的同时,应避免过度人为活动带来的消极影响。研究结果以期为中川国际机场的土地利用规划以及灾害防治提供指导意见与相关信息。     

InSAR技术和孕灾背景指标相结合的地灾隐患识别

合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,简称InSAR)是获取地表形变的重要手段,由于InSAR数据获取的限制和数据处理中产生的精度误差等问题,在地灾隐患识别方面的工作还需要联合地质灾害本身进行分析.为此提出了一种基于InSAR技术与研究区孕灾背景指标相结...     

时间序列InSAR技术在矿区地表形变监测中的应用

针对露天矿区与城区地表相干性不一的特征,提出一种改进的时序InSAR(合成孔径雷达干涉测量)技术对霍林河矿区及周围城区地表进行形变监测。首先,通过增加时间采样密度控制相干性来筛选矿区周边具备一定相干点密度的干涉数据;其次,采用经过参数优化的分布式散射点选取方法选取分布式目标并使用传统方法提取永久散射体;最后,将分布式目标与永久散射体目标混合构建Delaunay三角网进行两次回归分析得到研究区域地表形变速率。实验结果显示,霍林河矿区边坡最大形变速率达到?630 mm/a,矿区周边道路地面最大沉降速率达到71 mm/a,霍林郭勒市地表沉降速率最大达到15 mm/a,与同期GPS监测结果进行对比,证明改进的时序InSAR技术方法适用性良好,对矿业城市地表形变监测提出了一种新的InSAR监测方法。     

地基InSAR技术及其典型边坡监测应用

为了开展边坡活动实时监测,研究以IBIS-L地基InSAR系统为代表的地基InSAR形变时序分析关键技术,进行针对不同变形特征的观测方案和数据处理方法的优化,并开展了奉节大树场镇灾后滑坡、神农架林区人工不稳定斜坡和备战铁矿露天采矿边坡等边坡活动的监测应用,以及备战铁矿隧道南口冰川运动的监测试验。4种类型边坡地基InSAR监测结果表明,在复杂工作情况下,地基InSAR设备具有较高的观测稳定性,在满足观测条件的情况下,地基InSAR测量精度能达到亚mm级,已成为监测边坡微小形变的重要技术手段。这扩展了形变监测模式从星载InSAR技术的“大尺度、宽覆盖”走向地基InSAR技术的“小尺度、局部精细测量”,进一步丰富了科研人员对边坡变形现象的动力学过程认识,为“星-地”联合InSAR技术监测地表形变过程奠定了技术基础。     

基于SBAS-InSAR的西宁市滑坡识别和形变监测分析

中国黄土高原滑坡灾害频发，严重威胁经济的发展及生命财产安全。利用时序合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术识别潜在的活动滑坡，并对其进行形变监测，有利于预防和减轻灾害造成的危害。InSAR技术具有大范围观测地表变形的能力，这里以西宁市为研究区，采用83景升轨和87景降轨Sentinel-1A雷达影像，利用小基线集(SBAS)时间序列InSAR技术，获取了研究区2019年1月至2021年11月地表形变速率以及时序形变量，共探测到74处显著形变区；结合地貌和光学影像特征，确定其中35处为活动黄土滑坡。通过对活动滑坡的时间序列形变分析，内在(工程岩组、断层)和外在(降雨)条件的共同作用，是激活不稳定边坡或加速边坡运动的主要因素。     

基于时序InSAR的西南科技大学地表形变监测与分析

以西南科技大学青义校区为研究区,利用SBAS-InSAR和PS-InSAR对52景升轨Sentinel-1A雷达影像,分别获取了研究区2017年6月至2020年11月的地表形变速率及时序形变量。结合相干性系数、形变速率、方差及标准差对两种时序InSAR结果进行检验对比,从自然、人为因素两方面探讨了研究区地表形变机理与演化过程。结果表明：研究区存在多处显著沉降,最大垂直沉降速率可达15 mm/a,地表形变与学生公寓楼、道路扩建等人为因素有关,地表沉降区与强降雨、岩性及地势地貌关联紧密,地层界线与地表形变不显著相关。相较而言,两种监测结果总体一致性较好,SBAS-InSAR相比PS-InSAR的监测结果稳健性更好。     

蔚县矿区地面沉陷InSAR多维形变监测

河北蔚县是我国华北地区最大的地下采煤区之一,该地区长期存在采矿塌陷灾害,不仅威胁采矿安全,而且严重破坏当地生态环境。本文基于合成孔径雷达干涉（InSAR）这一新型空间对地观测技术,采用61景Sentinel-1A/B干涉宽幅（Interferometric Wide swath,IW）模式数据进行矿区形变观测,获取整个矿区在2017—2018年间的地表形变空间分布特征,并对矿区地表的沉降量级及面积进行详细的统计分析。此外,采用融合多轨道SAR数据的多维形变时序估计方法,对西细庄矿数据进行东西向和垂向的二维形变分解,获取该矿的二维形变时间序列。结果表明:除南留庄井田外,其余三大井田在监测期间均存在不同程度的地面沉陷灾害;整个矿区年沉陷速率超过-10 cm/a的区域达到了2.16 km2;受成像几何影响,不同轨道数据获取的形变结果存在一定差异;西细庄矿以垂向形变为主,伴随明显的东西向水平形变。研究结果为蔚县矿区地面沉陷监测与煤矿安全开采提供数据参考。      

基于时序InSAR的黄土滑坡隐患早期识别——以白鹿塬西南区为例

中国黄土滑坡灾害频发且分布广泛，传统的地质灾害调查对于地处高位、形变特征不明显和隐蔽型的滑坡隐患难以有效识别，是滑坡灾害监测预警成功率低的主要原因之一。如何有效超前判识别地质灾害隐患是地质灾害防治工作的前提和基础，时序InSAR技术在此领域具有良好的应用潜力，但如何更好地将InSAR技术融入到滑坡灾害相关研究中仍处于探索阶段。笔者以西安市白鹿塬西南区为研究区，在高精度三维倾斜摄影、ALOS-2雷达影像集等数据基础上，以时序InSAR技术反演得到104处地表形变明显区域；结合黄土滑坡易发指数、航拍影像和野外核查，快速识别黄土滑坡及隐患23处，其中包括新识别的滑坡隐患20处和在册的滑坡灾害3处，通过与传统地灾调查数据比对和实地调查核实验证了时序InSAR方法探测结果的优势和有效性，并构建了基于高精度InSAR和DEM数据的黄土滑坡隐患早期识别方法。     

基于多源卫星数据融合的油气管道区域三维变形监测

中国油气资源丰富,目前已形成越来越多的区域性和跨区域的油气管网,管线穿越的地形地貌和地质构造复杂,沿线的地表形变影响着油气管道的安全。InSAR技术以其全天时、全天候、高精度、宽覆盖的特点,被广泛应用于地表形变监测。该方法基于In SAR监测结果,提出BPSTSIM(Based-PS Time-Space Interpolation Method)三维形变监测方法,通过融合多源卫星数据,获取油气管道区域的地表形变三维位移。该方法利用多源SAR卫星数据获取高相干性的PS(Permanent Scatterer)点位移,对PS点进行时间插值,获得更细时间粒度的PS点位移,然后对油气管道通过区域网格化,基于PS点进一步插值出所有网格点的形变并转换到三维方向,从而在时间维度和空间维度监测油气管道区域的三维位移状态。最后,利用实例卫星数据,计算了管道区域8个月的变形数据,并实现了数据的可视化,形变特征与野外调查吻合,验证该方法的有效性。该方法实现了不同SAR卫星监测数据的有效融合,完成了数据在时间维度和空间维度的补充和加密,提高了In SAR测量对三维形变的感知能力。     

藏东冻土区滑坡形变时序InSAR监测分析

受气候暖湿化和冻融作用的影响,近年来西藏东部地区的山体滑坡多发频发,对人民生命财产安全造成严重威胁,制约了当地经济社会发展,因此,迫切需要利用有效手段对滑坡灾害隐患开展大范围调查与早期识别。以藏东317国道矮拉山地区为例,利用小基线集时序InSAR（Interferometric Synthetic Aperture Radar）技术,分别对2017年3月—2019年7月期间Sentinel-1A SAR升、降轨数据集进行地表形变监测分析,获取了该地区滑坡体隐患的分布情况,并讨论了滑坡历史形变演化特征及成因。结果表明：大部分区域较为稳定,滑坡隐患主要集中在山谷两侧,升降轨InSAR提高了滑坡监测识别的准确性和覆盖度;冻融滑坡形变过程与降雨型滑坡存在差异,呈现平稳期和失稳期交替出现的季节性变化特征;形变过程主要受冻融和降雨影响,两者共同作用加速坡体变形。实验结果验证了InSAR技术能够有效弥补传统监测手段的不足,可在高山冻土区滑坡隐患早期识别与监测防治中发挥重要作用。     

实例：利用InSAR测量地面沉降（摘要）

在美国直接受下陷影响地区达45个，受灾面积超过17000平方英里，每年相关经济损失约为125万美元。导致下陷的主要原因有含水层系统挤压、有机土壤排水、地下采矿、自然挤压、污水池、冻土融化等（国家调查委员会，1991）。一个强大的映射成图工具（InSAR）对于评估和缓解下陷方面比较有效。InSAR能够以惊人的精度监测地表微小形变。InSAR所形成的干涉图增强了我们监控和处理由于含水层系统挤压引起的下陷，也展现了人类控制自然物理过程的新视野。干涉合成孔径雷达（InSAR）是一种新型的用雷达信号监测地表微小形变的工具，其反映的空间细节水平非常惊人，测量结果精度很高。美国地质调查局及其他一些单位正在利用InSAR成图和监控由于含水层系压造成的。     

三峡库区范家坪滑坡地表形变InSAR监测与综合分析

位于湖北省秭归县的范家坪滑坡是长江三峡库区干流上的大型岩质滑坡之一。阐述了高分辨率合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)监测滑坡地表形变的工作方法与技术体系,采用22景3m空间分辨率的TerraSAR-X数据,辅以人工反射体布设和GPS测量,对范家坪滑坡变形进行监测,发现滑坡处在缓慢匀速变形状态,其谭家河滑坡体的形变比木鱼包滑坡体更为强烈,形变最大处的雷达视线向形变速率达到300mm/a。通过综合分析滑坡区2012年大气降雨和长江水位资料,发现年度内范家坪滑坡变形受水位变化和大气降雨影响微弱。     

合成孔径雷达干涉测量(InSAR)在地面形变监测中的应用

运用合成孔径雷达干涉及其差分技术(InSAR及D-InSAR)进行地面微位移监测，是近年来发展起来并得到日益重视的新方法。对不同地区地面形变的最新研究结果表明，合成孔径雷达干涉及其差分技术在地震形变、冰川运移、活动构造、地面沉降及滑坡等研究与监测中有广阔的应用前景，具有不可替代的优势。 与其它方法(如GPS监测等)相比，用InSAR及D-InSAR进行地面形变监测的主要优点在于：(1)覆盖范围大，方便迅速：(2)成本低，不需要建立监测网；(3)空间分辨率高，可以获得某一地区连续的地表形变信息；(4)可以监测或识别出潜在或未知的地面形变信息：(5)全天候，不受云层及昼夜影响。但是由于系统本身因素以及地面植被、湿度及大气条件变化的影响，精度及适用性受到一定的限制，需要在实践中不断加以完善和提高，并与地质研究及其它方法相结合。 为了弥补传统InSAR及D-InSAR方法在地面形变监测方面的不足，提高其精度，近期引入了一种称为永久散射点(PS)的方法。此方法通过选取一定时期内表现出稳定干涉行为的孤立点，克服了许多妨碍传统雷达干涉技术的分辨率、空间及时间上基线限制等问题，使InSAR在城市及岩石出露较好地区地面形变监测精度大大提高，在一定的条件下精度可达到mm级。     

月基InSAR观测地球大尺度形变能力的初步研究——以固体地球垂向潮汐形变为例

从合成孔径雷达干涉测量的原理出发,针对月基InSAR观测地球宏观物理现象的大尺度、连续性、长期性、动态观测等特点,首次以固体地球垂向潮汐形变为例对月基InSAR观测地球大尺度形变现象进行了仿真模拟,分析了该技术的远程大范围观测能力。根据固体地球垂向潮汐形变的大尺度分布特征和月基雷达的超大幅宽的观测特点,采用简化月基雷达观测几何模型,选定经纬跨度均为50°的中低纬区域为模拟测区,并计算了月基雷达重访周期与雷达波束扫过选定模拟测区内各点时的垂向潮汐形变,将形变计算结果进行时间差分,得到差分相对垂向潮汐形变,即是月基InSAR可观测到的垂向潮汐形变。模拟数值结果表明,月基雷达的重访周期约为24.8 h,在30天内各点的差分垂向潮汐形变可达30 cm。鉴于目前月基InSAR的理论形变观测精度达到厘米级,因此理论上用月基InSAR技术能够观测到模拟测区固体地球大范围垂向潮汐整体形变,也能利用观测数据研究地球潮汐大范围时间和空间变化特征;另一方面模拟结果也可为月基SAR观测其他地球宏观物理现象的参数设计与模拟提供参考。