黄土填方区地表沉降时序InSAR监测分析

“削山填沟造地”等岩土工程在湿陷性黄土沟壑地区屡见不鲜,掌握填方区沉降情况具有重要意义。本文收集了2017年11月—2020年12月获取的56景TerraSAR-X StripMap模式影像,利用时序InSAR技术监测了陕北某湿陷性黄土填方地基工程的沉降信息,并与2017年11月—2020年12月期间监测区3个水准点的沉降测量结果比对。结果表明,在填方区地表以沉降为主,在挖方区地表以抬升为主,研究区存在有1处较为明显的地表沉降情况,位于填挖边界线附近填方区内,形变速率范围为-40~-20 mm/a,最大形变速率达-49.9 mm/a,累计量为-151.6 mm,时序InSAR形变结果和实地水准结果吻合性较好,垂直方向形变速率中误差为1.8 mm/a,表明时序InSAR技术在湿陷性黄土填挖方区变形监测中具有较好的应用价值。     

融合三次样条插值的D-InSAR沉陷变形监测技术

传统煤矿开采沉陷形变监测只能获得离散监测点的地表形变量,无法获取沉陷区整体的形变趋势,而D-InSAR技术能够获取整体地表形变信息,但D-InSAR技术需要大量遥感影像数据,否则导致时间失相干性而无法获得连续的形变量。本文针对D-InSAR影像数据解译过程中影像数据较少的问题,首先利用D-InSAR技术对淮北矿业集团袁店二矿7225、7226工作面进行了监测分析,获取了几个时间段内整体的下沉形变场;然后提出了采用三次样条插值与D-InSAR技术相结合的开采沉陷监测方法,基于D-InSAR影像上监测点监测值,利用三次样条插值建立了内插反演函数,在已建立函数的基础上得出了其他雷达卫星重访周期内的下沉值;最后将内插反演下沉值与实测水准数据进行了对比分析。结果表明：D-InSAR监测结果能够有效地反映开采沉陷的影响范围,能够较为准确地提取区域地表的形变信息;结合三次样条插值的D-InSAR技术监测结果最大误差和最大相对误差分别为31.5mm和17%,该方法能有效地解决D-InSAR影像数据缺少的问题。     

基于北斗GNSS与InSAR的新疆阿勒泰煤矿开采沉陷监测

地表沉降是煤矿开采中不可避免遇到的问题,过大的沉降不仅威胁到地表建筑的安全,更对地下矿井结构的稳定性有严重影响,因此必须引起高度重视。传统的水准监测方法在大面积沉降监测中效率低且监测数据需人工处理,智能化水平不高。因此,本文结合北斗全球导航卫星系统（GNSS）与合成孔径雷达干涉测量（InSAR）两种监测技术,通过数据融合算法将两种监测结果融合,并将该项技术应用到新疆阿勒泰煤矿开采沉陷监测中,绘制了该地区沉陷速率曲线,最后将融合算法得到的沉陷数据与传统水准监测结果进行对比,结果表明,融合算法得到的沉陷数据与水准监测数据基本一致。     

InSAR形变监测在开采沉陷损害鉴定及稳定性评价中的应用

本文通过列举3个工程案例说明InSAR技术在开采沉陷中的应用,首先将InSAR技术与三等水准测量进行对比,明确了InSAR技术在矿区形变监测领域的精度和可靠性;然后针对淮南某关停矿井,应用SBAS-InSAR技术获取了研究区的时序形变信息,并对照采空区稳定性评价指标,得出了该矿区地表已稳定的结论;最后以某村庄部分房屋建筑出现不同程度的损伤为研究背景,在常规方法获取开采影响范围的基础上,进一步利用SBAS技术和8景Sentinel-1A数据,明确了村庄地表已处于稳定状态。结果表明,InSAR形变监测技术能够为开采沉陷损害溯源及沉陷稳定性判定提供有力的科学依据。     

基于InSAR技术的油田地面沉降调查与应用

InSAR技术能够还原区域地面历史形变过程,本文采用PS-InSAR方法对19景ALOS PALSAR存档数据进行处理,获得某油田区域历史沉降特征信息。根据InSAR调查结果,确定了该油田水准和GNSS监测点的布设位置,为最大限度地反映油田开采区地面形变,提供了高效可靠的技术手段。     

浅谈基于InSAR的南票煤矿开采沉陷区沉降量外业检核

经过时间序列InSAR技术处理后,得到监测时间段内南票区的地面形变平均速率、累计形变量、时间序列形变量,确定沉降区域。本文通过南票煤矿开采沉陷区基岩点、基本水准点、监测点布设以及这些点测量工作,提出山区采用水准测量和GPS测量联合方法,实现沉陷区沉降量核查。     

短基线集技术在地表形变监测中的应用研究

通过选取覆盖珠海地区的34景ASAR数据,采用短基线集(SBAS)技术对该地区进行了形变监测,并通过实地考察对InSAR结果进行了验证,同时对形变结果及原因进行了分析和讨论。结果表明,珠海市的地表沉降多发生在沿海、沿河区域,沉降速率主要集中在15 mm/a左右,局部区域达到30 mm/a,监测结果与实地考察结果吻合良好,从而验证了SBAS方法监测地表形变的可行性。     

利用时序InSAR技术分析北京及河北廊坊地面沉降

利用带大气估计模型的时序InSAR方法对24幅覆盖北京及河北廊坊的Envisat-ASAR影像数据进行了时序分析,获取了该地区2007年4月—2010年9月的地面沉降速率及均方差。发现了以北京朝阳区和通州区交界处为中心和以河北廊坊城区为中心的两个沉降区域,中心区平均沉降速率分别为35mm/a与22mm/a。研究区域形变速率均方差1.5mm/a。研究结果表明:利用时序InSAR技术进行城市地表沉降监测具有较好的精度及稳定性;产生该沉降的可能原因为地下水的开采、城市基础建设的发展及工业用地量、人为活动的增加。     

利用GNSS水准成果融合构建中国大陆垂直运动模型

水准和全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)成果是研究中国大陆垂直运动的重要数据,充分发挥水准点高精度和GNSS点分布均匀的优势,有利于提升垂直运动模型的可靠性。在融合过程中,针对水准和GNSS成果缺少重合点导致速度融合失效的问题,提出一种基于模型结果融合的方法,分别利用水准和GNSS成果建立垂直运动模型,并基于模型格网点精度及控制点与模型格网点的最近距离联合确定两类模型点权值,逐点加权平均,实现两类模型的融合;针对利用反距离加权方法建模过程中观测点速度精度和空间距离均影响定权结果的问题,提出了权因子相乘的方法,合理确定各因素影响程度。综合利用国家一等水准网、国家GNSS大地控制网等成果,基于双因子相乘的方式定权建立单源垂直运动模型,并按照基于结果融合的方法建立了中国大陆垂直运动模型。结果表明,华北、苏沪一带沉降严重,极个别区域沉降速度达100 mm/a;东北、西藏一带呈现隆升趋势,局部隆升速度达5 mm/a;其余地区垂直运动相对稳定。     

基于SBAS-InSAR技术的阳城地区采空区地表沉陷分析

为了探究山西省阳城地区煤矿采空区影响范围和地表历史形变过程,为工程建设提供避让依据,采用SBAS-InSAR技术对该地区2019年1月至2020年7月间的地表形变进行监测,分析地表沉陷的原因,利用同期水准监测结果验证了InSAR结果的可靠性。结果表明,SBAS-InSAR技术能及时监测到黄土地区采空沉陷区的动态变化过程,开采深度、停采时间和掘进位置是影响该地区地表沉陷变化的主要原因。     

陕西地区垂直形变分析

利用中国陕西地区三期国家一等水准网的平差成果、两期二等水准网成果、两期陕西省高程控制网成果、两期全球导航卫星系统（global navigation satellite system, GNSS）大地控制网成果、陆态网络等工程连续运行基准站及流动站成果、地理国情监测成果,分析陕西地区最新垂直运动趋势。结果表明:GNSS垂直运动与水准垂直运动趋势整体一致;20世纪70年代至2018年,关中平原垂直运动呈下降趋势,关中平原周边山区及高原垂直运动呈上升趋势;陕北地区地壳垂直运动总体上呈现上升趋势,平均上升速度约为4 mm/a;关中平原总体呈下降趋势,下降最大速度为6 mm/a;陕南地区也呈上升趋势,平均上升速度约为3 mm/a;陕北、西安局部区域的不均匀地面沉降灾害严重。     

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。     

北斗三号与超高频GNSS同震形变监测:以2021年青海玛多Mw 7.4地震为例

随着北斗三号完成全球组网以及硬件技术发展,地壳形变监测网络的全球导航卫星系统（global navigation satellite system, GNSS）接收机正朝着多系统、超高频（≥50 Hz）更新升级。基于陆态网络和中国青海省连续运行参考站的GNSS观测数据,获取2021年青海玛多Mw 7.4地震的同震位移波,并进行了震前精度统计和功率谱密度分析。结果表明,北斗三号在本次地震中的位移拾取精度比全球定位系统(global positioning system,GPS)更优;采样率提高到50 Hz对削弱位移时间序列混叠效应作用不显著,在10 Hz左右达到饱和;对50 Hz同震位移波差分获取到的速度和加速度序列噪声较大,难以利用。综合应用场景和成本考虑,GNSS地震监测的采样率最高设置在5~10 Hz即可。     

基于虚拟参考站的GNSS滑坡变形监测方法及性能分析

全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)技术在大坝、桥梁、滑坡等形变监测领域应用广泛。针对传统监测方法需要架设基准站、导致监测成本增加的问题,提出一种基于虚拟参考站的GNSS变形监测方法,利用连续运行参考站(continuously operating reference stations,CORS)观测数据,生成虚拟参考站(virtual reference station,VRS)代替实体参考站,实现高精度变形监测。利用中国云南省屏边苗族自治县约30处滑坡监测点进行实验分析,结果表明,当CORS基准站间距小于40 km时,双差对流层和电离层延迟模型内插精度优于10 mm,利用观测时长大于8 h的数据,可以实现平面精度优于5 mm、高程精度优于10 mm的形变监测。     

武汉九峰地震台重力变化与地壳垂直形变分析

长期的重力变化和地壳形变观测是研究地下物质运动的重要手段。基于武汉九峰地震台2013—2020年的绝对重力和全球卫星导航系统（global navigation satellite system,GNSS）观测数据,计算了长期的重力与地壳垂直形变的变化趋势,并以1年、2年和3年的时间间隔分段,进行线性趋势拟合,分别获得不同时间段的绝对重力年变化率、地壳垂直形变速率以及对应的比值。研究结果表明,武汉九峰地震台长期的重力年变化率为0.479 9 μGal/a,地壳垂直形变速率为-1.2 mm/a, 两者的比值为-0.399 9 μGal/mm,与理论值存在一定的偏差,可能与该区域的地下水活动有关。将不同时间段的重力变化与地壳垂直形变的数据展布在一张图中,发现数据点离散分布在不同区域,由此可初步判断地下物质运动过程,为区域动力学机制解释提供参考。     

联合地震位错模型和ESISTEM方法提取地震同震三维形变场

高精度同震三维形变场对于研究地震变形模式、震源机制等具有重要意义。设计并实现了一种联合地震位错模型和扩展融合大地测量、卫星形变观测、应变张量估计(extended simultaneous and integrated strain tensor estimation from geodetic and satellite deformation measurements, ESISTEM)方法的新方法,以2021年Ms 6.4漾濞地震为例,利用哨兵1号A、B星(Sentinel-1A/B)升、降轨影像获得该地震的合成孔径雷达干涉测量形变场,利用地震位错模型正演得到的南北向形变分量进行约束,成功提取了该地震完整的同震三维形变场及应变场。结果表明,漾濞地震断层西南侧主要向西、向北运动,最大形变分别为4.8 cm、9.5 cm;东北侧主要向东、向南运动,最大形变分别为7.4 cm、4.6 cm;垂直向抬升、沉降的最大值分别为3.6 cm、3.4 cm;发震断层以右旋走滑运动为主,兼有少量正断分量;发震断层区域受到显著的膨胀、剪切和旋转作用。     

基于载波相位差分的多频多GNSS测速精度评估

基于载波相位历元间差分测速方法,建立了全球卫星导航系统（global navigation satellite system, GNSS）单点测速的数学模型,分析了其误差源,并结合实测数据对多GNSS系统各频点及其无电离层组合、不同系统组合的测速精度进行了对比分析。实验结果表明：不同系统不同频点的测速精度有所差异,BDS(BeiDou navigation satellite system)的B1I、B1C、B3I、B2a频点和Galileo(Galileo positioning system)的E1、E5a、E6、E5b、E5频点的测速精度相当,水平方向优于1.5 mm/s,高程方向优于3 mm/s;BDS的B2I和GPS的L1、L2、L5频点的测速精度相当,水平方向在1.5～2 mm/s,高程方向在3～4mm/s;GLONASS(globalnavigationsatellitesystem)的G1、G2频点测速精度最差,水平方向在3～4 mm/s,高程方向在5～5.5 mm/s;双频无电离层组合由于放大了观测值噪声,其测速精度低于单频。此外,多GNSS组合增加了可见卫星数,降低...     

珠峰及周边地区强震影响垂直形变特征研究

2015年尼泊尔地震对珠穆朗玛峰高程的影响,近年一直受到全世界关注.2020年珠穆朗玛峰高程测量在珠穆朗玛峰及周边地区布设了高精度的全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)形变监测网,收集了1999-2020年跨喜马拉雅山脉的32个连续运行参考站(continu...     

EMD在GNSS时间序列周期项处理中的应用

全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）位置时间序列蕴含有丰富的构造和非构造变形信息,具有成分复杂、建模困难、非构造信息难以有效分离等特点,利用自适应的经验模态分解（empirical mode decomposition,EMD）方法对川滇地区24个GNSS连续站时间序列作周期项修正。结果表明,周期项的修正十分必要,EMD方法能够根据每个台站信号的自身特性,自适应地提取不同频率、振幅的周期成分,这也更符合实际情况;相较于谐波模型,EMD方法对原始时间序列在N、E、U方向的改正均更加精确有效。使用修正后的连续站时间序列模拟流动观测,发现经过5～6 a/期观测即可得到相对可靠的台站运动速度,并通过距离较近的实际连续观测站对流动观测站周期项改正,验证了EMD方法的稳定性和可靠性,这也为流动GNSS观测实施、周期修正和资料使用提供了参考意见和理论依据。