深度学习在InSAR数据处理与地壳形变观测中的应用研究进展

InSAR(Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR)技术凭借其高精度、大范围、全天候监测的优势,在地表高程、形变等信息的获取、反演等应用中得到了广泛的认可,并逐渐发展为地壳形变观测领域里不可或缺的技术手段,但利用InSAR技术进行地壳形变观测离不开海量数据的支持,这势必会给信息的收集和解读带来新的挑战。近些年,机器学习快速发展并在遥感图像处理方面取得了令人鼓舞的成绩,将深度学习方法与InSAR技术相结合的尝试应运而生,深度学习突出的数据挖掘能力和对目标任务的分类、预测能力将会为InSAR数据处理和地壳形变观测中的应用提供新技术手段。本文介绍了深度学习在InSAR数据处理与地壳形变观测中的应用研究主要进展,并对其应用前景进行了讨论和展望。     

美国的地壳形变测量及其在地震预报中的应用

本文介绍了美国在地震预报研究中所采用的各种观测地壳形变的技术(包括常规大地测量技术、空间技术及连续观测技术)、形变网的布设与观测结果的分析、皮农弗拉特观测台站、与地震有关的地壳形变理论方面的研究结果及通过观测地壳形变预报地震的现状。     

地壳形变观测及其在地震科学研究中作用的评述

文章评述了地壳形变观测及其在地震科学研究中的作用，内容包括，地壳形 变观测的历史，地壳形变观测的体系，地壳地形变测在地震科学研究中的作用。     

PS-InSAR技术在西秦岭北缘断裂带地壳微小形变监测中的应用

D-InSAR技术可以测得地壳垂直形变精度达到mm级,但由于其受空间、时间失相干和大气延迟的限制,导致其在监测地壳长期缓慢形变中的应用受到限制。而PS-InSAR作为D-InSAR技术的创新,在克服时间失相干的同时还可以计算并消除大气影响,使得干涉处理得到的结果更加精确。文中以西秦岭北缘断裂带甘谷地区为实验区,利用从2008年5月至2010年9月共14景ENVISAT ASAR数据,采用PS-InSAR技术对该实验区地壳微小形变进行探测。研究结果得到西秦岭北缘断裂带甘谷地区断裂带南北两盘的相对滑动速率约为5mm/a,点目标的形变速率和形变方向均与西秦岭北缘断裂的左旋运动特征相符,并与其他学者的研究结果有较好的一致性,表明PS-InSAR技术在监测地壳微小形变中具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力。     

定点形变站网运行管理与产品服务平台设计与实现

定点形变站网以地壳形变作为观测对象,通过连续观测地壳水平变形和垂直变形,获取地壳应力应变的时变信息,为地震中短期和短临预测提供基础数据。在地震台站改革新形势下,为进一步提升定点形变站网产品产出自动化水平和定点形变产品在地震行业中的应用,2023年,中国地震台网中心联合湖北省地震局建立了基于B-S架构的定点形变站网运行管理与产品服务平台,该平台是定点形变观测的综合性业务平台,集成了原有的多个系统功能,实现了统一的在线数据处理、质量评估、产品发布及对外服务功能。平台部署至今,已逐步发挥成效,推动提升了站网运行管理规范化、信息化水平及产出服务能力。     

InNSAR在地震研究中的应用

介绍了将InSAR用于检测地表形变(地壳形变和火山形变)和地震研究取得的成果与相关问题，以及它在地震研究中的应用前景。     

多手段InSAR技术研究及其在同震、震间形变监测中的应用

正近年来,我国地震灾害频发,且强度大,分布广。2008年汶川地震、2010年玉树地震和2013年雅安地震等给当地居民带来了巨大的灾害损失。在地震孕育期间,孕震体介质必然产生形变。而地震的孕育发生与地壳形变有着非常密切的关系,地震的孕育和发生是地壳应力场异常活动导致地壳介质形变的结果。目前可将InSAR技术很好地应用到地震的同震及震     

CR、 PS干涉测量联合解算算法研究

由于时间去相干、 空间去相干和大气扰动等因素的影响, 传统InSAR技术在形变监测中存在着很大的局限性, 而当今新兴发展起来的CRInSAR、 PSInSAR技术则不受这些因素的限制, 从而大大提高了InSAR技术在形变监测尤其是在微量形变监测中的精度。 该文首先分析了传统InSAR技术所存在的局限性; 引入了CR、 PS高相干性散射体基本概念, 并介绍CRInSAR、 PSInSAR技术在当前国际上的研究进展情况; 通过PSInSAR算法的应用研究, 得出将CR与PS进行联合解算的必要性与优势, 并提出高相干性散射体联合解算算法。     

地壳形变与地震前兆探索回顾和展望

本文回顾了我国地震预报中地壳形变观测技术、 数据处理方法和软件及地壳形变前兆观测研究进展。 1966年邢台地震后, 我国地震预报工作经历了难得的成功、 更多惨痛失败和“地震不可预报论”等干扰, 发展曲折。 尽管2008年汶川和2011年东日本大地震预报失败,但这两次和其他大地震前后GPS和其他观测得到的地壳形变表明, 大地震是有前兆的, 是可以预报的。 比较了我国地震预报所采用的主要的地形变观测技术和分析方法, 讨论了观测和数据处理方法的特点, 简要介绍了地壳形变地震前兆新近的研究结果, 重点阐述了GPS观测技术多方面的优势。 事实证明, GPS观测得到的汶川大地震前的形变异常或前兆, 是我国地壳形变观测与地震前兆探索最突出的成果。     

海底地壳形变监测现状与启示

海底地壳形变监测对研究洋中脊扩展、火山、海洋板块运动及俯冲带地震活动等具有重要作用,其中 GNSS定位与声呐测距技术(GNSS-A)是海底地壳形变监测的主要手段,经过 30 多年的发展,目前 GNSS-A的精度达亚厘米级,可以满足很多海底构造形变的监测需求.我国虽然在大陆地壳形变监测与研究方面已达到国际水平,但在海底地壳形变监测方面与国外相比还存在一定差距,我国海岸线长达 3.2 万公里,沿海地区的大型活动断裂具有发生大震的风险,如横穿渤海的郯庐断裂带、东南沿海的滨海断裂带都曾发生过大震,因此开展海底地壳形变监测及相关研究势在必行.本文基于 GNSS-A的系统组成与工作原理,在总结国内外研究现状的基础上,梳理了关键技术,并结合我国沿海主要活动断裂与地震活动性特点,提出了我国利用 GNSS-A技术开展海底地壳形变监测的建议.     

形变观测中小数据集PSInSAR的误差分析与初步应用

PS InSAR技术在微小形变的监测中有着独特的优势, 但同时受到数据量的严重制约。 本文以形变速率稳定的怀来县城为实验区, 利用15景ASAR数据, 依据主影像选择和高程改正选取了三种略有差异的模型分别进行PS处理, 并对形变提取中的相位解缠、 基线改正和高程改正进行误差分析。 结果表明, 小数据集的相位解缠和高程改正在部分PS点上容易发生错误, 但形变估计整体上能够正确反映实际情况。 三个模型中MS(Multi-Reference Single Regression) 模型得出结果最为可靠。 小数据集解算的整体PS点质量不高, 可以在满足PS点密度要求的前提下, 降低相位标准偏差阈值以提高解算的可靠性。     

根据2001年Mw 78可可西里强震InSAR同震测量结果反演东昆仑断裂两侧地壳弹性介质差异

利用2001年 Mw 78 可可西里强震InSAR同震测量结果，反演了青藏高原北部东昆仑断裂两侧地壳弹性介质差异.InSAR测量结果显示断层南侧的同震位移比北侧的大20％～30%.根据人工地震反射剖面建立岩石圈模型，以断层两侧杨氏模量差异和震源破裂深度为反演变量，通过有限元方法模拟实测得到的同震位移剖面.反演得到最佳断层破裂深度为20～22km，断层南侧杨氏模量相对北侧比值为81%～92%.结果表明，断层两侧弹性介质性质存在明显差异，由于构造运动作用，断层南部地壳不及北部地壳坚硬.前人利用地震层析成像和大地电磁测深等手段推断青藏高原内昆仑山断裂以南可可西里－羌塘地块地壳内广泛发育低速高导层，我们通过形变场力学分析得到与此相一致的结果.     

合成孔径雷达干涉测量在地震研究中的应用

介绍了将合成孔径雷达干涉测量（InSAR)用于检测地表形变（地壳形变和火山形变）和应用于地震研究所取得的进展与结果，提出了相关的问题，指出了InSAR在地震研究中的应用前景。     

星载合成孔径雷达差分干涉测量(D-InSAR)技术在形变监测中的应用概述

本文综述了地球表面形变的主要类型(包括开采沉陷、地表沉降、地壳运动、地震形变、火山运动、冰川运动及山体滑坡等)及其在我国的分布状况，结合合成孔径雷达干涉测量(包括InSAR及D-InSAR，统称InSAR技术)的技术原理及特点，介绍了国内外InSAR技术近年来在形变监测领域的应用与发展。通过与传统形变监测及GPS监测技术的对比后指出，由于InSAR特有的技术特点，使其在各类形变监测应用中具有传统方法无可比拟的技术优势，必将对形变监测的发展起到极大的推动作用。     

福建省泉州地区断裂带地壳形变PS-InSAR监测

PS-InSAR技术能够有效降低常规差分干涉雷达受时间失相干、空间失相干和大气效应的影响,在常规D-InSAR不能形成干涉条纹的情况下,可利用时间序列的雷达影像和相位稳定的永久散射体目标点获取离散的PS像素点形变速率。以福建省泉州地区的断裂带为研究对象,对1996-1999年的22景ERS SAR数据进行PS-InSAR处理,得出研究区主要断裂的视线向位移速率为3~5mm/a,表明该区断裂仍有一定的活动性,具有潜在的地震危险。     

海潮负荷对沿海地区宽幅InSAR形变监测的影响

海岸带地区是全球自然生态环境最为复杂和脆弱的地域之一,合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术可以为全球人类活动、气候变暖和俯冲带剧烈构造运动等背景下的大范围海岸带地理环境变化研究提供重要观测资料.海洋潮汐导致固体地球长周期形变,波长尺度为10²~10³ km的海潮负荷引入mm级至cm级的形变梯度,此类非构造信号对海岸带InSAR精密形变分析（如：大范围、微小、缓慢且非稳态构造过程等）造成显著影响.本文以宽幅模式SAR数据为例,基于多种海潮模型研究了全球典型海岸带地区（福建、智利和阿拉斯加湾）海潮负荷效应对宽幅InSAR形变监测的影响,给出了宽幅InSAR海潮负荷三维分量估计与差分相位提取方法,并进一步讨论了基于不同海潮模型估计海潮负荷位移的差异.海潮负荷影响不仅与研究范围大小有关,其形变梯度变化与研究区域地形特征存在强相关,对于长波长形变分析而言,传统平面或者曲面拟合方法难以有效分离海潮负荷位移.     

L波段InSAR数据观测的北京及其周边2007—2010年间累计地壳形变基本特征

地壳形变是评估地震灾害和地质灾害的重要依据之一。 北京及其周边地区的形变状况一直以来缺乏全面、 可靠的观测数据, 阻碍了对该地区这两种灾害的客观认识。 本研究利用L波段InSAR形变观测数据, 调查北京及其周边190 km×150 km范围内, 约3年时间内的累积地壳形变, 详细给出北京地区2007—2010年间的地壳形变基本特征, 为认识该地区的灾害提供参考。 研究结果显示, 该地区主要地壳形变源为地下水开采造成的地面沉降, 观测时间内累积的最大雷达视线向形变达到了37.6 cm。 地面沉降的严重影响, 以及大气噪声的干扰, 造成活动构造变形很难从现有数据定量分辨出来, 但可以确定在此观测期间内较大尺度(长度>50~100 km)的断层活动及其构造变形比较微弱, 对北京地区的地壳形变贡献较小。 最重要的一点是, 北京地区的地壳形变呈条块状分布, 清晰显示地面沉降与活动构造, 特别是NW走向的南口—孙河断层, 存在较强的相关性。