基于PS-InSAR技术的武进区地面沉降探测

合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术为地表形变监测提供了一种全新的手段,它具有全天时、全天候、高空间分辨率、大范围以及成本低等优点。选取了2007年1月—2010年4月28景Envisat ASAR数据,采用基于InSAR技术发展起来的永久散射体雷达干涉测量技术(PS-InSAR)对常州市武进区的地面沉降进行了反演,获取了该区2007年—2010年的地表形变场(年沉降速率和累积沉降量),并用外部水准数据对PS-InSAR的监测结果进行了对比验证,两者吻合较好,证实了InSAR技术监测地表形变的可行性与可靠性。     

Sentinel-1和SBAS-InSAR分析钻井水溶岩盐矿山时序沉降

利用小基线集(SBAS)InSAR技术对钻井水溶岩盐矿山地表沉降开展时空分析。实验选取湖南常德某典型钻井水溶岩盐矿区为测试区,时间跨度为2016年2月—2017年2月的21景Sentinel-1影像数据,获取了测区的时序沉降序列。实验结果显示,矿区地表大量级沉降在2016年9月才开始呈现,沉降漏斗横向出现多峰值,矿区沉降整体空间分布上出现西南部整体片状、中部偏北离散带状沉降。这些沉降特征均与钻井水溶法开采特征保持一致。将实地水准测量形变数据和DInSAR形变结果与本文结果进行对比以评估结果可靠性。结果表明,SBAS技术获取结果与水准结果表现出较高一致性,从而为钻井水溶岩盐矿山地表沉降提供了一种更为有效的监测手段,也可为此类矿山地表形变时空演化规律分析提供参考。     

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。     

基于时序InSAR技术的蔚县地面形变监测

合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术在城市地表形变监测中具有高精度、高分辨率、低成本、空间连续监测等优势。以河北省张家口市蔚县为研究区域,获取了20景TerraSAR-X影像,分别采用PS-InSAR和SBAS-InSAR两种时序技术得到了蔚县城区2015年6月9日到2016年1月4日期间地面平均沉降速率,结果表明,两种时序InSAR技术监测沉降结果具有很高一致性,而且相关性较高,达到0.9以上,城区中心发生了比较严重的地表沉降,形成了一个明显的沉降漏斗,沉降速率达到了30mm/a,地下水的严重开采以及建筑物的加速构建是引起该区域地面沉降的主要原因,该研究可以为城市地面沉降治理、整体规划等提供参考意义。     

利用时序InSAR反演常州市地表沉降速率

利用25景Envisat ASAR数据和29景高分辨率(3 m分辨率)TerraSAR-X数据,采用永久散射体干涉测量技术(PSInSAR)研究了常州市2004-2014年的地表沉降速率。结果显示,常州市的主要沉降区域发生在武进区,存在2个主要的沉降中心和1个大范围的沉降条带,2004-2010年间的地表沉降速率达到26 mm/a,2010-2014年间沉降速率变缓,最大为24 mm/a。两组数据同时段的沉降量相关性达到0.78,并利用研究区域同期水准数据检验了本文的研究结果,两者的平均速率差值均在5 mm/a以内,表明时序InSAR技术反演结果的可靠性和精度。X波段高分数据监测到C波段无法监测的高速路段存在5.3 mm/a的沉降速率,与水准结果的RMS分别为2.5、4.2 mm/a,表明TerraSAR-X比Envisat ASAR不仅具有更高密度的PS点,并且探测目标的位移具有更高的灵敏度和更高的精度。     

基于Sentinel-1A数据的PSI技术在城市地表形变监测方面的应用

随着佛山市城市化进程逐步加快,地表形变引发的地质灾害日益显著,应用时序InSAR技术可以精确监测城市地表形变。文中选取广东佛山地区为研究区域,利用2015—2017年获取的41景Sentinel-1A数据,基于永久散射体差分干涉测量(PSI)技术提取该地区的时序形变、平均沉降速率等形变数据。研究结果表明,佛山市部分区域出现不均匀沉降,部分地区沉降速率甚至超过-35 mm/a,主要集中在城市重点建设区域,如地铁施工、桥梁施工等地。综合研究结果表明,利用Sentinel-1A数据的时序PSI技术可以高精度监测城市地表形变,监测数据有利于及早预防城市地质灾害发生,为城市健康精细化管理提供决策依据。     

C和L波段SAR数据在填海新区的应用及特性分析

收集了35景C波段ENVISAR ASAR和20景L波段ALOS PALSAR数据,采用时间序列合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）分析技术获取了典型的填海新区-上海临港新区2007年~2010年间的沉降速率场。从空间、时间密度以及监测精度方面,对C和L波段的数据的形变估计结果进行对比,并进而讨论C波段和L波段数据在填海新区地表形变探测差异的原因以及数据在填海新区监测的特性。     

普宁市地面沉降的SBAS技术监测应用研究

InSAR(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术是随着合成孔径雷达发展起来的一种雷达干涉测量新技术,它可获得地表目标点的精确三维空间位置以及细微形变信息。基于雷达干涉测量发展的短基线(Small BAseline Subset,SBAS)干涉测量,可对缓慢地表形变进行高精度的监测。本文以广东省普宁市为实验区,选用2007~2010年间共10景ALOS/PALSAR数据,采用SBAS技术获取了该地区的形变时间序列和平均沉降速率,结果表明普宁市区存在多个严重的沉降漏斗,年最大沉降速率达15cm/a。利用观测时段内两期的水准点观测资料对SBAS时序结果进行验证,对比结果发现两者较差最大为46mm,最小为21mm,表明SBAS技术进行地面沉降监测的可靠性和有效性。     

InSAR技术在陕西省地理国(省)情地表沉降监测中的应用研究

地表沉降监测是地理国(省)情监测的一项重要内容。采用合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术,运用基于SAR影像的时序分析数据处理方法,获取地表沉降范围、沉降量和年沉降变化速率等监测成果,较好地解决了煤矿分布区大面积小量级沉降与采空区大尺度塌陷交错的复杂沉降监测难题。     

基于多主影像相干目标小基线InSAR技术的无锡市地表沉降监测

探讨了多主影像相干目标InSAR(MCTSB-InSAR)技术在大区域地表沉降监测的应用。在基于特征区域相干性组合干涉像对基础上,利用三级阈值法实现稳定目标点的大密度、高精度提取,以此构建区域Delaunay三角网,创建差分相位函数模型,从而获取地表沉降速率和累积沉降量。以无锡市为例,对两幅各25期Radarsat-2影像进行分析,获取全市2012年2月-2016年1月约489 781个点目标的地表沉降时空分布信息。利用相近时段的水准测量数据进行精度评定,结果表明,二者具有较高一致性,验证了MCTSB-InSAR方法在大区域地表沉降监测中的有效性和可靠性。     

InSAR、水准及GPS数据融合处理方法

地面沉降灾害制约了社会经济可持续发展,目前地面沉降监测广泛采取水准测量、GPS测量和InSAR技术等方法。为有效解决不同技术方法在精度、时间分辨率和空间分辨率上的缺陷,综合其优点,本文提出了对InSAR、水准及GPS数据进行精密处理和高效融合的理论方法,获取高精度、高时空分辨率的地面沉降监测成果。以广州南沙试验区数据实例验证了理论方法的可行性和可靠性。     

时间序列InSAR技术辅助下的北京市高速公路网沉降监测应用

利用高分辨率TerraSAR-X影像,通过多主影像相干目标小基线干涉技术（MCTSB-InSAR）获取了北京市主城区2011-2015年的地表形变信息;通过建立缓冲区,提取并分析了北京市12条高速公路及一条快速公路的沉降现状;在高速公路沉降信息的基础上对机场第二高速进行了路面平整度分析。利用水准测量数据验证了监测结果,精度达4.6 mm/a,表明MCTSB-InSAR技术不仅可以快速监测出大区域高速公路交通网络的地表沉降,而且监测精度较高。     

京津冀地区1992—2014年三阶段地面沉降InSAR监测

京津冀地区是我国地面沉降灾害发育最严重的地区,几乎每年都造成巨大的经济损失。本文提出了改进的时间序列InSAR技术——多主影像相干目标小基线干涉技术（MCTSB-InSAR）,利用4颗卫星摄取的3个时段的时间序列SAR影像：ERS-1/2 SAR（1992—2000年）、ENVISAT ASAR（2003—2010年）、RADARSAT-2（2012—2014年）,获取了京津冀地区1992—2014年间3个时段的地面沉降信息。经与京津两地120个以上水准测量数据进行比较,3个时段的地表监测结果的精度分别为8.7、4.7、5.4mm/a。分析了北京和天津两市22年间地面沉降的时空变化特征,其中北京市地面沉降呈不断加重趋势;天津市地面沉降在1992—2010年间发展迅猛,在2010年以后有所减缓。同时,本文也表明MCTSB-InSAR技术是有效可靠的,在大区域地面沉降监测中具有推广应用价值。     

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。     

Monitoring of urban subsidence with SAR interferometric point target analysis: A case study in Suzhou,China

Ground subsidence, mainly caused by over exploitation of groundwater and other underground resources, such as oil, gas and coal, occurs in many cities in China. The annual direct loss associated with subsidence across the country is estimated to exceed 100 million US dollar. Interferometric SAR (InSAR) is a powerful tool to map ground deformation at an unprecedented level of spatial detail. It has been widely used to investigate the deformation resulting from earthquakes, volcanoes and subsidence. Repeat-pass InSAR, however, may fail due to impacts of spatial decorrelation, temporal decorrelation and heterogeneous refractivity of atmosphere. In urban areas, a large amount of natural stable radar reflectors exists, such as buildings and engineering structures, at which radar signals can remain coherent during a long time interval. Interferometric point target analysis (IPTA) technique, also known as persistent scatterers (PS) InSAR is based on these reflectors. It overcomes the shortfalls in conventional InSAR. This paper presents a procedure for urban subsidence monitoring with IPTA. Calculation of linear deformation rate and height residual, and the non-linear deformation estimate, respectively, are discussed in detail. Especially, the former is highlighted by a novel and easily implemented 2-dimensional spatial search algorithm. Practically useful solutions that can significantly improve the robustness of IPTA, are recommended. Finally, the proposed procedure is applied to mapping the ground subsidence in Suzhou city, Jiangsu province, China. Thirty-four ERS-1/2 SAR scenes are analyzed, and the deformation information over 38,881 point targets between 1992 and 2000 are generated. The IPTA-derived deformation estimates correspond well with leveling measurements, demonstrating the potential of the proposed subsidence monitoring procedure based on IPTA technique. Two shortcomings of the IPTA-based procedure, e.g., the requirement of large number of SAR images and assumed linear plus non-linear deformation model, are discussed as the topics of further research.     

厦门岛地表沉降监测SBAS-In SAR技术研究

伴随着城市建设不断发展,尤其是地铁项目的建设,城市地区地表沉降、塌陷等地质灾害频繁发生,给经济建设和人民的生命财产安全带来了不可估量的损失,大范围的沉降监测成为目前一个亟待解决的问题。本文通过获取的厦门岛16个时间序列InSAR影像数据,分析厦门岛的地面沉降率,从而提出厦门岛的筼筜外湖,地铁1号线的中山公园—将军祠—文灶—湖滨东路路段以北地区,以及湖边水库周边可能会持续产生地面沉降,应及早做好地质灾害预防。     

Ground deformation associated with post-mining activity at the French–German border revealed by novel InSAR time series method

We present a novel methodology for integration of multiple InSAR data sets for computation of two dimensional time series of ground deformation. The proposed approach allows combination of SAR data acquired with different acquisition parameters, temporal and spatial sampling and resolution, wavelength and polarization. Produced time series have combined coverage, improved temporal resolution and lower noise level. We apply this methodology for mapping coal mining related ground subsidence and uplift in the Greater Region of Luxembourg along the French–German border. For this we processed 167 Synthetic Aperture Radar ERS-1/2 and ENVISAT images acquired between 1995 and 2009 from one ascending (track 29) and one descending (track 337) tracks and created over five hundred interferograms that were used for time series analysis. Derived vertical and east–west linear deformation rates show with remarkable precision a region of localized ground deformation located above and caused by mining and post-mining activities. Time series of ground deformation display temporal variability: reversal from subsidence to uplift and acceleration of subsidence in the vertical component, and horizontal motion toward the center of the subsidence on the east–west component. InSAR results are validated by leveling measurements collected by the French Geological Survey (BRGM) during 2006–2008. We determined that deformation rate changes are mainly caused by water level variations in the mines. Due to higher temporal and spatial resolution the proposed space-borne method detected a larger number of subsidence and uplift areas in comparison to leveling measurements restricted to annual monitoring of benchmark points along roads. We also identified one deformation region that is not precisely located above the mining sites. Comparison of InSAR measurements with the water levels measured in the mining pits suggest that part of the water that filled the galleries after termination of the dewatering systems may come from this region. Providing that enough SAR data is available, this method opens new opportunities for detecting and locating man-made and natural ground deformation signals with high temporal resolution and precision.     

基于相干目标的干涉图叠加方法监测天津地区地面沉降

利用ENVISAT ASAR数据,采用基于相干目标的干涉图叠加方法,对天津地区的地面沉降现象进行了DInSAR监测试验.差分干涉处理采用"两轨法",使用校正了高程异常的SRTM DEM数据消除高程相位.以相干系数为标准选取了相干目标,解缠过程中运用了Delaunay三角剖分和权重最小费用流算法.本文获得的季度平均沉降速率图有效揭示了试验区地面沉降的空间展布及相对形变量,但其获得的绝对形变量尚需地面实测数据校验.     

百年煤城地表沉降融合PS/SBAS InSAR监测——以徐州市为例

融合PS/SBAS算法成为当前InSAR技术的研究热点,本文通过融合PS/SBAS的优势,利用128景ALOS PALSAR影像和24景Radarsat-2影像获取了百年煤城徐州地区2007-2015年的地表形变场及变化趋势。试验结果表明：①2007-2011年,徐州主要有4个沉降区,分布在沛县、丰县、铜山区和贾汪区。②2012-2015年,沛县、丰县和铜山区地表沉降范围有所扩大;贾汪区地表沉降范围和速率明显减小,说明近年来贾汪区重点治理采矿塌陷工作已初步见效;另外,睢宁县县城出现明显沉降。③已有文献对沛县大屯中心区的沉降监测结果验证了试验结果是可靠的。④首次提取了徐州近8年间地表沉降的信息,可为该地区开展地表沉降调查监测与防治工作提供参考;试验方法可为全国开展地表沉降调查监测工作提供参考。     

InSAR技术在矿区沉降监测中的应用研究

介绍了应用InSAR技术监测矿区地表沉降以及地下开采活动的原理;利用重轨差分InSAR技术获得了峰峰矿区地表ENVISAT和JERS 1的雷达形变干涉相位图;分析了在矿区地表沉降过程中ENVISATC波段和JERS 1 L波段形变干涉相位图的相干特性、相位特性以及干涉测量技术在矿区地表沉降监测中应用的可行性和局限性。实验结果表明,利用C波段和L波段雷达数据可以实施对矿区地表沉降的监测,但是C波段雷达受到空间干涉基线的限制更加严格,如果要实现对矿区地表沉降的监测,需要充分利用每个卫星回访时期的雷达数据,建立长时序的星载雷达形变干涉相位图序列,才能较好地实现矿区地表沉降监测。