地基真实孔径雷达GPRI的精度验证与分析

GAMMA便携式雷达干涉仪（GPRI-Ⅱ）是一款新型地基真实孔径雷达,可对小范围形变区域进行实时连续监测并探测高频形变。为验证其形变监测精度,本文利用6个角反射器和2个手动位移平台设计了6组试验,分析了GPRI-Ⅱ毫米级和亚毫米级形变探测能力。试验结果表明,通过控制点校正后,探测毫米级形变的中误差小于0.1 mm,探测亚毫米级形变的中误差小于0.05 mm。GPRI-Ⅱ可以对小范围形变区域实现毫米级甚至亚毫米级的观测精度。     

时序InSAR在城市地铁工程区形变监测中的应用

地铁建设会引发城市地表形变灾害,而传统的合成孔径雷达差分干涉测量（D-InSAR）难以实现城市地铁工程区域的精细测量。本文利用TerraSAR-X高分辨率数据,采用PS-InSAR和SBAS-InSAR方法对徐州地铁1号线东部工程场地进行了形变监测,获取了该区域2016年6月15日-2016年9月11日期间的形变时序图。通过与人工角反射器布设点的水准测量数据对比分析,发现利用两种时序InSAR测量方法得到的地表形变结果与水准测量结果非常一致,形变误差均在1 mm以内;而SBAS-InSAR探测地表形变的敏感性低于PS-InSAR。结果表明,利用高分辨率SAR影像监测城市地铁形变具有亚毫米级的测量精度和米级的定位能力,同时证明了时序InSAR分析技术在城市地铁工程形变监测应用中的广阔前景。     

地基合成孔径雷达技术研究与初步应用

阐述了地基合成孔径雷达测量的技术原理和应用方向,归纳了地基雷达形变测量的主要技术流程.通过实地测试验证其精度,地基合成孔径雷达技术具备探测毫米-亚毫米级形变信息的能力,地基雷达设备稳定可靠,具有广泛的应用前景.最后揭示地基合成孔径雷达技术在变形监测及预警中的问题,同时提出下一步的工作安排.     

基于GB-SAR的建筑物微变形测量研究

介绍了基于地基合成孔径雷达干涉测量技术的微变形监测系统(IBIS-L)的工作原理和关键技术,通过对建筑物的监测数据的分析和处理,得到了在雷达视线方向优于毫米级精度的形变结果,实验表明,IBIS系统可以实现高分辨率、高精度、实时的建筑物变形监测。     

InSAR双向矩形角反射器阵列形变监测精度评估与验证

在时间序列合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)形变监测研究中,常规三角反射器越来越多地被用作点目标,但在升降轨观测场景下无法同时满足获取多角度形变信息的要求,需要针对特定数据类型量身定制满足监测需求的角反射器。构建了一套角反射器设计和精度验证方案,根据X波段雷达卫星拍摄特点设计了同时满足升降轨监测场景双向可调节矩形角反射器,并将其布设在监测区公路边坡上,通过人工模拟二维形变场验证时间序列InSAR对双向矩形角反射器的探测精度。实验结果表明,在有效消除像素点旁瓣效应的情况下,所设计的双向矩形角反射器后向散射信息最强像素点被识别;精确计算出在2018-05-13—2018-05-24期间,有2个角反射器发生了移动,形变探测的中误差为0.6 mm。时间序列InSAR对设计的双向矩形角反射器形变具有很高的敏感度。     

基于地基真实孔径雷达的边坡动态监测研究与应用

滑坡是仅次于地震的发生最频繁、造成损失最严重的地质灾害之一，给人民群众生命和财产安全带来了巨大威胁。为了能够对危险滑坡进行动态监测，采用GPRI-Ⅱ地基雷达系统，研究了滑坡形变时序分析关键技术，制定了地基雷达数据时序处理流程，并应用于浙江绍兴某道路边坡稳定性监测。实验结果表明，该边坡存在1处明显的形变区域，位于施工现场堆积区，最大形变量达到3.5 mm/d。目前在观测条件满足的情况下，地基雷达可以达到亚毫米级的形变监测能力，已经成为灾害预警和治理的重要手段之一。     

改进的CR-InSAR技术用于四川甲居滑坡形变监测

采用一种改进的基于相位相干性的非线性人工角反射器InSAR解算算法,不仅能有效地避免相位解缠误差,而且对于大尺度形变梯度具有较强的探测能力。将该方法用于四川丹巴县甲居滑坡形变监测试验,获取了位于甲居滑坡上角反射器的形变结果。通过与小基线集InSAR算法以及基于解缠相位的CR-InSAR算法结果比较,该方法更能准确获取非线性形变时间序列结果,合理地揭示了甲居滑坡明显的形变特征。     

IBIS-L系统及其在大坝变形监测中的应用

主要介绍了地基合成孔径雷达,阐述了干涉测量成像系统IBIS-L的结构和基本原理,将IBIS-L系统应用于国内外几个大坝的变形计算与分析,获得了较为准确的大坝位移量,认为IBIS-L系统可以应用于大坝的变形监测,同时认为大坝变形监测时受大气的影响较大,如何有效地进行大气影响改正和提高IBIS-L技术的变形监测精度是值得深入研究的课题。     

船载双天线InSAR边坡形变监测

差分干涉测量技术(D-InSAR)是一种利用不同时相SAR数据获取形变信息的遥感技术,目前已经被广泛应用于大范围的地表形变监测。各种InSAR传感器搭载平台被应用于不同的空间尺度研究,包括星载、机载、车载和地基InSAR等,小范围江河边坡监测在可以进行对岸观测条件下,目前主要使用固定式地基InSAR监测,但是地基InSAR布设周期较长、成本较高,本文提出一种移动式船载InSAR形变监测技术,并根据船载InSAR成像几何设计一种船载双天线InSAR形变监测模型,该模型使得近距离观测船载InSAR系统在未达到H■h和R■h的条件下同样满足■的假设。本文选择云南省澜沧江流域进行试验,并利用角反射器(triangle corner reflector, TCR)模拟形变和评估形变结果的精度。试验结果表明,利用本文提出的船载InSAR技术能够获得2 cm内的视线方向(line of sight, LOS)形变误差。船载InSAR技术适用于江河流域的边坡形变监测,对水利设施的灾害监测和预警具有重要意义。     

基于尺度空间的角反射器车载SAR影像坐标定位

确定角反射器（CR）在SAR影像中的高精度影像坐标是合成孔径雷达影像（SAR）几何校正、辐射校正和形变检测等研究的基础。本文提出了一种基于尺度空间的角反射器车载SAR影像坐标定位方法。通过对仿真数据和车载SAR影像数据的角反射器进行定位试验，验证了该方法的可行性和稳定性；并与使用地面控制点几何纠正后的角反射器定位结果进行对比，验证了该方法满足子像素级定位精度的需要，且无需地面控制点。     

利用车载双天线InSAR系统监测公路边坡形变

星载差分合成孔径雷达干涉测量(differential interferometric synthetic aperture radar,DInSAR)技术已经广泛应用于大范围的地表形变监测,但星载合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）数据获取的地表形变易受大气噪声的影响,且长时间的重访周期会导致像对之间的失相干。为了有效减弱这些影响,提出了利用零空间基线的车载合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)系统监测公路边坡形变的方法。在车载双天线系统采集不同时相的公路边坡SAR数据时,通过轨道控制使得异时相干涉对的空间基线接近零,从而使得利用DInSAR数据进行形变信息提取时可以减少去平地相位的过程,极大地简化了差分干涉处理的流程。以中国湖北省武汉市某区域获取的车载双天线InSAR数据为例,使用所提出的方法对7个布设的角反射器点进行形变精度分析,得到形变值均方根误差为2.206 mm。     

角反射器差分干涉方法及反距离加权最小费用流相位展开算法

合成孔径雷达差分干涉测量(Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar,DInSAR)在低相关区由于受时间空间去相关的影响,无法得到有效应用。角反射器DInSAR方法能在长时间段内保持幅度和相位稳定性,可以最大程度地减小去相关的影响。但由于反射器在空间上一般形成不规则稀疏网络分布,在平地相位、高程相位计算及相位展开方法上都带来新的挑战。研究三角反射器的DInSAR技术,重点分析基于不规则离散点的最小费用流相位展开算法。对费用流算法权重的选择,通过分析残差的产生来源,提出以弧所穿越的边长度倒数作为弧费用的权重设置方法,解决费用流算法中具有相同费用路径的选择问题。最后将角反射器DInSAR技术应用于滑坡移动的监测,通过对140d时间段的监测,得到与实测值具有较好一致性的结果。     

Land subsidence prediction in Beijing based on PS-InSAR technique and improved Grey-Markov model

Land subsidence induced by excessive groundwater withdrawal has caused serious social, geological, and environmental problems in Beijing. Rapid increases in population and economic development have aggravated the situation. Monitoring and prediction of ground settlement is important to mitigate these hazards. In this study, we combined persistent-scatterer interferometric synthetic aperture radar with Grey system theory to monitor and predict land subsidence in the Beijing plain. Land subsidence during 2003–2014 was determined based on 39 ENVISAT advanced synthetic aperture radar (ASAR) images and 27 RadarSat-2 images. Results were consistent with global positioning system, leveling measurements at the point level and TerraSAR-X subsidence maps at the regional level. The average deformation rate in the line-of-sight was from ?124 to 7 mm/year. To predict future subsidence, the time-series deformation was used to build a prediction model based on an improved Grey-Markov model (IGMM), which adapted the conventional GM(1,1) model by utilizing rolling mechanism and integrating a k-means clustering method in Markov-chain state interval partitioning. Evaluation of the IGMM at both point level and regional scale showed good accuracy (root-mean-square error <3 mm; R² = 0.94 and 0.91). Finally, land subsidence in 2015–2016 was predicted, and the maximum cumulative deformation will reach 1717 mm by the end of 2016. The promising results indicate that this method can be used as an alternative to the conventional numerical and empirical models for short-term prediction when there is lack of detailed geological or hydraulic information.     

利用高帧频相机检测运动控制轴精细形变

在运动控制应用场景中,由于疲劳等原因会导致设备微小形变,因此需要更加密集的观测手段与恢复方法.考虑到待检设备的摄影测量属性及高帧频相机高信息量特性,利用240帧/s的高帧频电荷耦合元件(charge coupled device,CCD)相机结合摄影测量方法实现对运动控制轴形变信息的精确量测,具体步骤如下:(1)固定标...     

利用InSAR分析陕西省垂直形变

从2018—2019年欧空局Sentinel-1免费数据中获取陕西省全域垂直形变面状信息,并将其与全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）以及水准点、线垂直形变信息进行对比分析,进一步验证合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）数据反映局部形变的有效性。垂直形变监测结果表明：在陕北榆林、神木地区,地下资源开采诱发的地表沉陷分布广泛、特征明显,地表沉陷速度达60 mm/a;在煤炭产区长武、彬县也出现不同程度的开采沉陷灾害,沉降速度达30 mm/a;西安市、渭南市等关中平原地区由于地下水开采出现不均匀沉降,其中,西安市的局部沉降最为严重,最大沉降速度达60 mm/a;InSAR与GNSS、水准获取的垂直运动趋势在全省范围总体上一致,但由于GNSS监测点、水准监测点一般布测在较稳定区域,其获取的沉降范围、沉降速度与InSAR沉降结果有一定差异。     

机载双天线InSAR联合定标算法

为了提高InSAR获取DEM的精度,实际生产作业过程中每一架次均须飞临定标场,这就要求测绘人员需要多次布设角反射器.本文针对外业重复布设角反射器耗费时间和人力的问题,提出一种新的机载双天线InSAR联合干涉参数定标算法,实现了利用一次布设的控制点同时标定多架次干涉参数,减少了野外布设角反射器的工作量.该方法首先基于敏感度方程的定标方法选择适于机载双天线InSAR数据的干涉定标参数,其次将基于局部配准的配准方法和PSInSAR中PS点选取的方法首次引入高程连接点的选取中,实现了多架次同一场景的高程衔接.最后,根据控制点和连接点高程属性的差异,建立了不同的误差方程,组成联合定标模型,并利用中国测绘科学研究院的CASMSAR-X数据进行了联合定标试验,验证了该算法的正确性和有效性.     

Discontinuous GBSAR deformation monitoring

This paper is focused on deformation monitoring using the Ground-Based SAR (GBSAR) technique and a particular data acquisition configuration, which is called discontinuous GBSAR (D-GBSAR). In the most commonly used GBSAR configuration, the radar is left installed in situ, acquiring data periodically, e.g. every few minutes. Deformations are estimated by processing sets of GBSAR images acquired during several weeks or months, without moving the system. By contrast, in the D-GBSAR the radar is installed and dismounted at each measurement campaign, revisiting a given site periodically. This configuration is useful to monitor slow deformation phenomena. This paper outlines the D-GBSAR data analysis procedure implemented by the authors. This is followed by a discussion of some specific aspects of D-GBSAR monitoring. Two successful examples of D-GBSAR monitoring are discussed: one concerns an urban area, while the second one involves a rural area where the monitoring requires the use of artificial corner reflectors.