利用PSInSAR技术监测北京地面沉降

地面沉降已成为大城市面临的重大灾害之一,对其进行有效监测十分必要。采用基于相位稳定性特征的PSInSAR对覆盖北京的31景TerraSAR-X数据进行干涉处理,获取了该研究区的地面沉降范围、沉降速率,并对重点沉降区域时序形变特征及成因进行分析研究。实验结果显示,2010~2013年,研究区内的平均形变速率范围为-51.49~8.15mm/yr,与精密水准测量具有较高的一致性,表明PSInSAR监测结果精度可靠,能实现对北京地区的地面沉降情况的有效监测。     

PSInSAR技术在地表形变监测中的应用研究

利用InSAR技术监测地表形变,是目前国际上遥感领域发展较前沿的研究课题,而PSInSAR技术是InSAR技术的改进和提高。分析了制约InSAR技术监测地表形变的因素,介绍了PSInSAR的基本原理和数据处理的关键技术,结合国内外PSInSAR的应用现状展望了发展前景。     

基于PSInSAR技术的地面沉降监测研究——以北京怀柔区为例

怀柔应急水源地是北京第一个建成的特大型应急备用水源地,经过数年的开采后,应急水源地水位大幅度下降,地下水漏斗面积不断扩大。PSInSAR技术在监测地面沉降方面具有很大的优势,本文利用PSInSAR技术和2003年—2009年间28幅Enviast卫星的ASAR影像监测怀柔应急水源地地区地面沉降情况,试验结果表明该地区平均沉降量为8mm/a。通过该地区地面沉降状况和地下水漏斗发展趋势之间的对比,发现地面沉降范围和地下水漏斗有较大的空间一致性,平面分布趋势整体上由南西—北东向北西—南东转变。     

二轨法DInSAR技术监测城市地表沉降

合成孔径雷达差分干涉测量技术是新近发展起来的用于监测大范围地表形变的新技术,具有精度高、监测范围广等特点。文中深入分析DInSAR技术的基本原理,通过实验成功获取西安市中心城区相隔9个月的地面沉降结果,与常规方法获取的沉降图对比,发现二者具有高度的一致性,从而证明利用DInSAR技术监测城市地面沉降具有良好的应用前景。     

基于SRTM数据的二轨D-InSAR监测城市地表沉降研究

合成孔径雷达差分干涉测量技术是新近发展起来的用于监测大范围地表形变的新技术,具有精度高、监测范围广等特点。本文首先深入分析了D-InSAR技术的基本原理,然后通过实验成功获取了上海市中心城区相隔7个月的地面沉降结果,通过与常规方法获取的沉降图的对比,发现二者具有高度的一致性,从而证明了利用D-InSAR技术监测城市地面沉降具有良好的应用前景。     

利用Sentinel-1 SAR数据及SBAS技术的大区域地表形变监测

雷达干涉测量技术为地面沉降高精度快速准确监测提供了新的手段。对于数万平方千米的大范围地面沉降，要求测量手段不仅具备高精度，还要具备大范围同步测量的能力。为解决这一问题，本文提出了利用Sentinel-1数据结合SBAS技术的监测方法，首先对黄河三角洲区域进行形变监测，然后利用CORS数据进行验证，最后对地面沉降的时空分布情况进行分析。该研究证明了采用该方法对大区域形变监测的适用性，为该区域沉降预防和治理提供了重要依据。     

采空区变形监测技术的研究进展

概述了地表形变监测的技术手段,对利用全站仪、水准仪的常规大地测量方法、三维激光扫描测量技术、静态/动态GPS测量技术、合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)以及由其发展的永久散射体干涉测量技术(PSInSAR)的优缺点、应用现状、存在的问题进行总结,同时分析了GPS技术与D-InSAR技术相融合的基本原理和必要性,根据当前存在的问题提出了将PSInSAR技术应用于采空区监测的可行性与优势并指出应用PSInSAR技术需要进一步研究的方向。     

基于PS-InSAR的京津城际铁路地面沉降监测研究

合成孔径雷达干涉测量技术可以大范围监测地表形变,对高速铁路运行沿线具有较好的监测能力。本文以ENVISATASAR数据为基础,采用PS—InSAR监测北京和天津地区的地面沉降的特征,通过临轨基准转换完成了两个区域的拼接,实现了在同一基准上的大尺度京津城际铁路沿线地面沉降的监测。通过本次研究,我们掌握了京津城际铁路沿线地面沉降的分布,以典型区域为样方分析其时间序列演化特征,并分析城际铁路不均匀地面沉降的运行风险。     

宁波地面沉降的短基线集监测与分析

针对传统地面沉降监测手段精度高,但监测周期长、空间分辨率低、人力物力耗费大等问题,该文基于短基线集时序分析技术提取了宁波地区的地表形变信息。首先根据短基线集技术监测结果分析了宁波地区地面沉降分布特征,然后对宁波东部新城的沉降进行了精细化分析,并给出了其沉降原因。结果表明:宁波地区地面沉降整体呈现弱发育特征,部分地区存在轻微地面隆起现象,东部新城地面沉降呈现中度发育特征,并存在不均匀沉降现象,快速的城市化建设是东部新城地面沉降的主要原因。     

利用短基线集技术监测地表形变

针对合成孔径雷达干涉测量(D-InSAR)技术由于受时间、空间失相干和大气延迟两大因素的影响,不能在地面沉降灾害监测方面得到较好应用的问题,该文对合成孔径雷达干涉测量小基线集(SBAS-InSAR)技术在地表形变监测中的适用性进行了研究。利用22景ALOS雷达影像开展了西安市地面沉降监测试验,并通过时间序列分析的方法获取了2007年1月到2011年2月时间段内西安市的高精度地表形变成果。实验结果表明,该成果与同时间内GPS、水准结果吻合较好。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。     

永久散射体雷达差分干涉反演矿区时序沉降场

针对永久散射体差分干涉测量(PSIn SAR)算法流程,发展了基于周期函数模型的空间维解缠方法,并将其应用于矿区时间序列地表变形反演。通过在研究区域内安装人工角反射器(CR),将CR点上计算所得的周期模型参数分量作为整个网络的约束,通过空间约束平差以实现空间维解缠。选取了河南省境内白沙水库附近的煤矿密集区为主要研究区域,采用周期函数模型对矿区线性及非线性形变分量进行模拟,反演了2007年2月—2010年2月的时间序列形变场,并采用研究区域内的水准实测数据作为外部验证数据。实验结果表明:白沙水库周围区域存在着较为明显的沉降,在煤矿分布区域内累积最大沉降量超过了10 cm。沉降区域内以线性沉降趋势为主,非线性沉降较为缓慢,仅在水库的西南方向较为明显。应用已有的水准点实测形变值对实验结果进行验证分析,结果表明该方法精度可达约±2.1 mm,证实了本文采用的方法在矿区地表时序形变反演中的可行性和可靠性,对预防过度采矿导致的矿区塌陷具重要现实意义。     

南京明城墙序贯PSInSAR形变估计

针对永久散射体PSInSAR（Persistent Scatterer SAR Interferometry）算法流程的局限性,本文立足差分雷达干涉预处理和时序微变反演性能提升,提出了一种基于优化解空间的PSInSAR序贯处理算法。该算法能够实现新SAR影像无缝嵌入,避免时序PSInSAR整体数据处理流程溯源,实现微变参数的准实时更新。研究以南京明城墙文化遗产及其200 m缓冲区赋存环境为示范,基于2015-01—2018-02的32景降轨Cosmo-SkyMed条带影像,开展传统PSInSAR方法与优化解空间PSInSAR序贯方法形变反演与性能对比研究。结果表明,基于解空间优化的PSInSAR序贯方法简化了差分干涉流程,通过解空间搜索机制和结构改进,降低了算法时空复杂度,实现了未知参数求解约10倍效率提升。通过形变场精度交叉验证,发现两种方法形变估计结果吻合（总体误差在0—1 mm）,证实了PSInSAR序贯方法的有效性与可靠性,并揭示其在遥感大数据时代文化遗产高精度、准实时微变监测中的应用潜力。     

Spatial-Correlation Based Persistent Scatterer Interferometric Study for Ground Deformation

Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR), nowadays, is a precise technique for monitoring and detecting ground deformation at a millimetric level over large areas using multi-temporal SAR images. Persistent Scatterer Interferometric SAR (PSInSAR), an advanced version of InSAR, is an effective tool for measuring ground deformation using temporally stable reference points or persistent scatterers. We have applied both PSInSAR and Small Baseline Subset (SBAS) methods, based on the spatial correlation of interferometric phase, to estimate the ground deformation and time-series analysis. In this study, we select Las Vegas, Nevada, USA as our test area to detect the ground deformation along satellite line-of-sight (LOS) during November 1992–September 2000 using 44 C-band SAR images of the European Remote Sensing (ERS-1 and ERS-2) satellites. We observe the ground displacement rate of Las Vegas is in the range of ?19 to 8 mm/year in the same period. We also cross-compare PSInSAR and SBAS using mean LOS velocity and time-series. The comparison shows a correlation coefficient of 0.9467 in the case of mean LOS velocity. Along this study, we validate the ground deformation results from the satellite with the ground water depth of Las Vegas using time-series analysis, and the InSAR measurements show similar patterns with ground water data.     

基于平滑样条的PSInSAR大气效应分离研究

永久散射体技术（permanent scatterers interferometric synthetic aperture radar,PSInSAR）通过提取时间维高相干点,根据各类信息的时空统计特性实现PS（persistent scatterers）点相位分量的分离,获得高精度地表形变监测结果。大气效应作为影响干涉测量精度的最主要误差源,可以通过经典滤波器分别在时间维和空间维滤波处理予以消除。在StaMPS（stanford method for persistent scatterers）技术体系中,大气效应分离时还保有全部的沉降信息。当地表形变速率较大时,大气效应和沉降信息的频谱重合度较高,经典滤波器无法将二者有效分离。通过平滑样条滤波分离大气效应和形变信息,采用广义交叉验证方法获取形变信息的最优估计值,可抗拒解缠错误引起的相位跳变干扰。最后根据模拟数据和ASAR（advanced synthetic aperture radar）数据对比分析高斯滤波和平滑样条滤波分离大气效应的效果,验证平滑样条方法的有效性。     

基于临时相干目标监测非城区地表形变

永久散射体干涉测量技术(PSInSAR)地表形变监测能力受限于稳定散射体的空间分布密度,在PS点稀疏的非城区不再有效。本文基于临时相干目标(temporarily coherent targets,TCT)局部时序高相干性和在非城区广泛分布的特点,提出改进算法以解决该难题。该算法通过顾及季节性周期变化筛选干涉对以保留TCT信息,并利用双阈值联合筛选法提取TCT,采用多次差分挖掘、分离TCT相位,最后反演得到TCT形变速率和高程修正量。利用TCT算法,采用24景Sentinel-1A卫星影像提取了靖边县2014-10-23—2016-05-09期间地表形变信息。通过PSInSAR的对比验证,表明临时相干目标时序分析方法能显著提高非城区监测目标空间分布密度并能有效地监测非城区地表形变。     

利用PSInSAR研究意大利Etna火山的地表形变

利用2003~2010年升轨、降轨ASAR数据对意大利Etna火山的地表形变进行PSInSAR处理,获取了该火山区域的高精度形变速率场,在此基础上,对部分特征区域点位进行时序分析。结果显示,Etna火山的东部区域的形变量变化大,LOS方向形变速率约为7~12 mm/a,西部区域变化较小,LOS方向形变速率仅为1~3 mm/a;火山东南和南侧存在两个较大垂直形变区域,其垂直形变速率分别为-4 mm/a和12mm/a。目前,Etna火山东南侧区域地表形变起伏较大,位于东南区域下的火山源岩浆活动活跃、岩浆体积处于补充期。     

基于PSInSAR技术的澳门地表沉降研究

PSInSAR技术为克服相位失相关和大气延迟提供可能,为提高形变监测的精度展示很好的前景。介绍利用澳门地区的数据进行地表沉降探测实验,利用29幅Envisat的SAR数据,建立时间序列差分干涉图。通过对研究区域的64 480多个PS点的计算,从2003年到2010年,该地区的平均沉降速度达到2.1mm/y,与精密水准测量具有较高的一致性。     

天津地区Sentinel-1A雷达影像PSInSAR地面沉降监测

利用2015-05—2016-02获取的天津地区23景哨兵-1A(Sentinel-1A)卫星IW模式影像,进行基于地面散射特性保持稳定的高相干点永久散射体干涉测量处理(PSIn SAR),获取了地面沉降速率,分析了重点沉降区域时序形变特征和成因。实验结果表明,天津地区沉降严重区域主要集中在北辰区和大寺镇,结合北辰区沉降速率图和第2、3承压含水组水位降落漏斗等值线图,分析发现地面沉降中心和地下水位漏斗大致吻合,呈现整体向东北方向偏移的趋势,得出造成地面沉降的主导因素可能为超量开采地下水的结论。     

Analysis of building deformation in landslide area using multisensor PSInSAR™ technique

Buildings are sensitive to movements caused by ground deformation. The mapping both of spatial and temporal distribution, and of the degree of building damages represents a useful tool in order to understand the landslide evolution, magnitude and stress distribution. The high spatial resolution of space-borne SAR interferometry can be used to monitor displacements related to building deformations. In particular, PSInSAR technique is used to map and monitor ground deformation with millimeter accuracy. The usefulness of the above mentioned methods was evaluated in San Fratello municipality (Sicily, Italy), which was historically affected by landslides: the most recent one occurred on 14th February 2010. PSInSAR data collected by ERS 1/2, ENVISAT, RADARSAT-1 were used to study the building deformation velocities before the 2010 landslide. The X-band sensors COSMO-SkyMed and TerraSAR-X were used in order to monitor the building deformation after this event. During 2013, after accurate field inspection on buildings and structures, damage assessment map of San Fratello were created and then compared to the building deformation velocity maps. The most interesting results were obtained by the comparison between the building deformation velocity map obtained through COSMO-SkyMed and the damage assessment map. This approach can be profitably used by local and Civil Protection Authorities to manage the post-event phase and evaluate the residual risks.     

基于PSInSAR方法和ASAR数据监测天津地面沉降的试验研究

概述了PSInSAR方法的技术流程，阐述了定标ENVISAT ASAR数据对PS候选点（Persistent Scatterer Cadidate，PSC）筛选 的作用。研究表明：对ENVISAR ASAR 数据进行定标有助于筛选出更多的PS候选点；以定标得到的后向散射系数作为阈值，可以剔 除散射信号统计特性较稳定但散射强度低的像素点，从而避免可能由这些点引入的相位误差。在初步实现PSInSAR方法的基础上， 运用14景ENVISAT ASAR数据获得了天津地区的年均线性沉降速率，揭示的天津市地面沉降趋势与前人研究结果较为一致，获得的形 变速率值的准确性尚待数据量的增多而进一步提高。