联合InSAR和SSA的膨胀土边坡形变特征分析——以南水北调工程为例

膨胀土边坡具有吸水剧烈膨胀、失水剧烈收缩及反复胀缩形变的特性,工程中与外界接触极易引发膨胀土滑坡。南水北调中线工程是一项缓解我国华北平原水资源短缺、优化水资源配置的国家重大战略工程。中线总干渠约有1/3段穿越膨胀土区域,增加了南水北调工程沿线边坡失稳的可能性,亟须开展膨胀土边坡形变监测和特征分析。基于此,本文收集了112景Sentinel-1A升轨SAR数据,采用时间序列InSAR技术获取了中线某渠道沿线2017年3月12日—2021年4月8日的时间序列形变,并基于奇异谱分析(SSA)对时间序列形变进行分解提取膨胀土边坡形变特征。研究结果表明:干渠挖方膨胀土边坡由于卸荷回弹作用表现为抬升形变,最大年抬升速率约为18 mm/a;填充膨胀土边坡由于土体固结作用表现为下沉形变,最大年下沉速率约为15 mm/a;膨胀土形变量大小与填挖深度正相关,挖方越深抬升形变越大,填充越高下沉形变越大;降雨和温度是影响干渠膨胀土边坡形变的主要外部因素,其造成的形变会时滞2~3个月。本文研究将为南水北调工程膨胀土边坡稳定性评估提供科学依据。     

时序InSAR用于安康膨胀土机场稳定性监测

膨胀土高填方区域形变及其边坡稳定性是膨胀土灾害相关研究中的关键问题,针对安康机场填筑程度高、膨胀土分布范围大等特点导致的潜在地面形变问题,采用基于高程改正的时序合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)技术获取安康机场运营前期地表形变。安康机场飞行区、航站区以及膨胀土边坡稳定影响区3类典型区域形变时序结果表明,安康机场基本稳定,累积形变量较小,区域最大形变量为-21.7 mm,机场内部最大形变量为-15.9 mm,其形变量在民用机场岩土工程设计规范标准要求范围之内。进一步结合区域降水与填方层深数据分析发现,现存微小地表形变及其特殊规律为膨胀土填方区工后沉降与膨胀土胀缩性形变的联合作用所致。     

短基线集InSAR形变模型的不适定问题解算方法研究

SBAS InSAR技术广泛应用于大尺度长时间序列的矿区、城市、地震等不同类型地表形变监测。但在利用该技术进行监测地表形变中发现,其形变模型的解算存在着病态和秩亏两类不适定问题,严重影响着形变信息反演的精度和可靠性。本文以SBAS InSAR技术为基础,针对其形变模型最小二乘解算中的病态问题,提出了基于Liu估计的有偏迭代估计法和Tikhonov正则化方法;针对秩亏时奇异值分解反演形变量和形变速率不稳定的问题,改进了Landweber迭代法,并将其应用到秩亏的SBAS InSAR形变模型解算中,反演出更准确的形变信息。     

新型FMCW地基SAR和三维激光扫描仪在大坝变形监测中的应用

为解决传统大坝变形监测方法仅能获取点形变信息，且监测成本高、受环境影响大等问题，提出了结合快速地基合成孔径雷达（Fast-GBSAR）获取的高精度二维形变图和三维激光扫描仪生成的DEM，解决了雷达数据可视化程度低的问题。利用该技术对国内某大坝进行了健康监测并对形变原因进行了深入分析，库区潮汐对大坝水平形变产生周期性的影响。试验表明，Fast-GBSAR可以获取高精度的大坝形变信息，结合三维可视化技术，建立直观、高效与高精度的三维监测方式，为大坝的变形监测提供了可靠保障。     

利用SBAS技术监测洛杉矶地区地表形变

以InSAR技术为基础发展起来的小基线集法(SBAS)有效克服时空去相干和大气效应的影响,可长时间、高精度监测地表形变。文中以美国南加州洛杉矶地区为研究区域,利用34景ENVISAT雷达影像开展地面沉降监测,并通过时间序列分析的方法获取2003年9月到2009年8月时间段内高精度地表形变结果。研究发现多处由于地下水过度开采引起的地表形变明显的区域,该成果与同时段内数据资料比较,吻合较好。因此,该技术可广泛应用于城市地表形变监测,为相关部门决策提供科学可靠的数据参考。     

InSAR时间序列分析技术在西安地表形变监测的应用

差分干涉测量技术（D-InSAR）是近年发展起来的新型空间对地观测技术,具有全天候、全天时、大范围地表形变监测优点,但由于受到时空失相干和大气延迟的影响,形变监测精度受到了很大的制约。近年发展起来的InSAR时间序列分析技术,将多景SAR影像数据融合在一起,利用时间序列分析提取监测区域监测期内的时间序列形变信息,间接消除或削弱了时空失相干和大气延迟对形变结果的影响,具有良好的应用前景。本试验利用InSAR时间序列分析技术获取了西安市三环以内主城区2007年1月至2011年2月间的高精度地表形变成果。     

联合SAR影像相位和强度信息的矿区形变监测关键技术研究EI北大核心CSCD

SAR技术已在矿区形变监测方面得到了广泛的应用。InSAR技术在矿区小变形监测方面具有较高的精度,但无法获取矿区大量级形变。子带干涉技术能降低解缠难度进而提高测量精度。偏移量追踪方法可用于提取矿区大形变,但其监测精度相对较低。如何融合各方法的优势,获取矿区高精度大梯度形变信息是目前面临的科学问题。为此,论文重点研究了子带干涉技术在矿区形变监测中的适宜性、偏移量追踪方法在矿区形变监测中互相关窗口的选取方法及InSAR技术、子带干涉技术、偏移量追踪方法和概率积分模型融合的方法,通过与实测对比证明了方法的可靠性。主要工作及成果如下。     

InSAR技术及应用研究进展

合成孔径雷达干涉测量(InSAR)是一种快速发展的大地测量技术,能够全天候获取高精度、连续覆盖的地面高程和地表形变信息.InSAR已在地形测绘、全球环境变化、灾害监测评估等相关领域得到了广泛应用并取得了一系列成果.主要综述了近20 a来InSAR技术的发展,以及该技术在数字高程模型提取和地球科学应用中的研究进展,并对该技术的发展趋势及应用研究进行了展望.     

膨胀土边坡GNSS实时监测技术EI北大核心CSCD

膨胀土滑坡因其广泛性、破碎性、反复性、隐蔽性等特征，对工程危害严重。对其开展长期实时变形监测是实现膨胀土灾害防控的前提。在第一代膨胀土边坡GNSS监测技术试验的基础上，进行了两项改进：(1)设计了分层式GNSS/全站仪一体化监测装置，实现了膨胀土土质边坡分层式实时监测。(2)提出了综合多源参数的膨胀土边坡GNSS实时监测技术，提升了实时变形监测结果的可靠性和精度。相关技术和设备在广西宁明膨胀土公路边坡中进行了示范应用，分析了GNSS形变与多源监测数据的动态响应特征及诱滑原因，成功监测到一起膨胀土滑坡，研究成果具有可复制性和推广性。     

基于SBAS技术的川藏铁路折多山地区地表形变监测与分析

相比传统的地表形变监测,InSAR技术能够全天时、全天候、大范围地获取地表形变信息。SBAS短基线集作为一种新技术,能有效解决时空去相干、大气延迟等影响,获得高精度的地表形变信息。文章利用SBAS技术对川藏铁路折多山地区27景Sentinel-1A数据进行地表形变监测,得到该地区在2017-03—2018-12时间序列形变监测结果。通过分析该地区整体形变情况,圈定3个明显形变的范围,在其中一个形变范围内,发现3个疑似滑移区域,其最大形变量达到-92.3 mm/a。最后结合Google Earth光学影像,验证并分析这3个疑似滑移区域成因。     

实时广域自动形变监测系统研究

全球卫星定位技术在形变监测中的应用已经比较广泛,随着连续运行跟踪站技术的发展,基于连续运行跟踪站的实时定位技术逐步出现。传统的形变监测在小范围内可以实现实时监测,但对于大范围的形变监测一般采用定期观测,然后进行后处理的方法。提出了基于河北连续运行跟踪站的实时大范围自动监测技术和系统,有效地解决了大范围高精度的实时监控问题,并且具有灵活、适用范围广的优点。     

结合InSAR的矿区大梯度变形监测技术进展

合成孔径雷达干涉测量技术(In SAR)广泛应用于监测矿区地表形变,采用SAR影像的相位信息可高精度提取试验区的微小形变;但当形变梯度较大,引起干涉影像对的失相干无法得到有效干涉条纹时,则无法获取矿区形变,亟需引入新的技术来解决。本文通过查阅相关文献,分析了目前结合In SAR技术完成矿区大梯度变形监测的几种方法,总结了这几种方法的不足,提出了未来的研究方向和思路。     

GBInSAR河流滑坡变形监测应用

对城市中河流滑坡进行变形监测与分析掌握滑坡体形变规律,是滑坡安全性评估的重要手段。针对南宁邕江柳沙半岛滑坡灾后加固过程中稳定性,采用GBInSAR技术对该滑坡进行连续高精度变形监测,同时结合时间序列分析方法获取了该滑坡体的二维形变时间序列图以及特征点的形变时间序列。变形监测与分析结果表明,滑坡体上的加固带处已基本稳定,加固带上大部分PS点的形变在1 mm以内;滑坡体的大部分区域的形变基本在4 mm以内,且形变呈明显的非线性变化;GBInSAR技术可以快速、有效地获取河流滑坡整体形变信息及形变的演化过程。     

基于IPTA技术的广州市2017—2020年地铁沿线沉降监测

干涉点目标分析技术(IPTA)是一种常用的地表形变监测技术,能够克服大气延迟、时空失相关的影响,获取高精度的监测数据。本文采用IPTA技术对覆盖广州市2017年5月至2020年5月期间的85景Sentinel-1A影像进行处理,获取了广州市的平均形变速率信息。同时,本文还分析了广州市及其地铁沿线形变的空间分布特点。结果显示：广州市地铁沿线的整体地表形变较为稳定,沉降主要集中在6号线沿线,最大的沉降漏斗位于柯木塱站,沉降速率达到了-39.5 mm/yr。结合实地考察结果,IPTA技术能够为大范围城市地铁沿线的沉降监测提供可靠的信息支撑。     

原子干涉技术及其在水下导航中的应用

原子干涉测量技术可以获得极高的惯性测量精度。本文简要介绍了原子干涉仪的工作原理,在此基础上介绍了其在重力匹配辅助导航技术的原理与应用,同时设计了一种重力梯度匹配导航的结构与算法原理,指出原子干涉惯性导航技术具有高精度、高效率、无需外部信息校正的无源导航等优点,可最终解决水下潜器长时间的自主导航需求。     

基于GDCORS的广东省滑坡灾害动态监测系统

以GDCORS技术为核心,集成单频GPS接收机及GMS等低成本专业化GPS形变监测手段,通过对基于CORS的动态解算数学模型和形变参数自动探测和提取关键算法的研究,开展高精度滑坡灾害动态监测技术应用研究。通过系统设计与技术集成,建设基于GDCORS的广东省滑坡灾害动态监测系统,并基于该系统在省内开展位移形变模拟试验和四会中学等地质灾害隐患点滑坡地表形变远程动态监测示范,验证该技术在广东省滑坡灾害动态监测预警中的适用性。     

地质灾害GPS实时监测预警系统关键技术探讨

利用GPS形变监测、一机多天线（GMS）及CORS等技术,探讨基于GDCORS的GPS监测数据的实时处理、灾害因子分析、灾害趋势分析等关键技术,用于高精度滑坡形变在线监测研究和应用。通过系统设计与集成,开展地质灾害隐患点滑坡地表形变远程动态监测示范站建设,为地质灾害发生的可能性分析与预报提供科学依据。     

三维激光扫描技术在城市隧洞形变监测中的应用

三维激光扫描技术具有易操作、高精度、低成本的优势,逐渐广泛的应用于各项工程测绘及监测领域。本文以广东省广州市地铁1号线某段为监测对象,经过两期次监测,通过计算、分析,认为隧洞水平方向最大位移量为6.1 mm,垂直方向最大位移量为2.6 mm,且具有垂直方向形变量大于水平方向形变量的特征。实践表明,将三维激光扫描技术应用于城市隧洞形变监测中,不仅可以获得隧洞整体形变特征,而且能够获得精确的形变量信息,为城市隧洞形变治理提供可靠的依据。     

雷达干涉测量地表沉降和建筑物变形监测及分析

正近年来,雷达干涉测量技术作为一种新兴的空间大地测量技术,凭借其非接触式、高时空分辨率等优势,克服了常规方法空间分辨率低、作业成本高等缺点,应用广泛。但其也存在一定的局限性,如星载雷达干涉测量技术受重返周期长、大气延迟等影响,难以满足高时间分辨率、高精度形变提取;地基雷达干涉测量技术虽然可有效克服星载雷达干涉测量技术的不足之处,但采用高频数据采集时,受环境变化、仪器误差等影响,雷达信号中会存在白噪声与有色噪声,影响形变信息的精确估计;雷达     

D-In SAR技术在地震同震形变研究中的应用

InSAR技术全天候、全天时、大面积、高精度、高可靠性的观测能力已经越来越开始受到世人的瞩目。目前的InSAR技术已不仅仅是测绘研究领域获取高精度数字地形高程模型 (DEM )的一种解决途径。随着合成孔径雷达差分干涉测量技术 (D InSAR)的不断发展 ,该技术已经开始比较广泛地应用于地形测绘、地震同震形变、地面沉降、滑坡、火山爆发、冰川运动等研究领域的探索和实践之中 ,并且开始在地表变形与运动研究中发挥出相当重要的作用。本文介绍的重点是D InSAR技术的基本原理、研究现状及其在地震同震形变中的应用和前景