优化先验模型参数的矿区多轨InSAR三维形变监测

监测煤矿开采导致的地表三维形变对于矿区地质灾害防控和开采沉陷机理研究至关重要。针对单轨道InSAR和先验模型融合解算矿山三维形变存在精度不高、时间分辨率差的问题,本文提出了一种通过优化先验模型参数的矿区多轨InSAR三维形变解算方法。首先,利用Weibull模型同步4个轨道LOS向形变位移,以此削弱不同轨道之间时间异步对三维形变解算精度的影响,并采用加权最小二乘求解矿区垂直向和东西向形变;然后,根据垂直向和东西向形变优化矿区开采先验模型参数;最后,解算南北向形变位移。利用覆盖大同矿区的TerraSAR-X数据和3个轨道Sentinel-1 InSAR数据集对本文方法进行验证。研究结果表明,与地面GPS监测点相比,本文方法可以获得相对精确的三维形变结果,垂直向RMSE、东西向RMSE和南北向RMSE约为1.1、1.4和2.1 cm。     

联合地震位错模型和InSAR数据构建2017年九寨沟Mw 6.5地震同震三维形变场

利用哨兵（Sentinel）-1A卫星升、降轨影像,在地震位错模型约束下获取了2017年九寨沟Mw 6.5地震的高质量三维形变场。首先,利用合成孔径雷达干涉测量技术（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）提取九寨沟地震升、降轨同震形变场;然后,通过“两步法”反演获取该地震发震断层的几何参数和分布式滑动模型,以此为约束,采用方差分量估计算法联合解算九寨沟地震三维形变场。结果表明,九寨沟地震同震三维形变场以水平位移为主,垂向形变较弱;南北向形变呈拉张趋势,断层上盘向南、下盘向北滑动,最大位移分别为－19.81 cm和14.38 cm;东西向形变不对称性明显,断层上盘西北部向东水平运动,最大位移为18.37 cm,下盘东南部向西运动,最大位移不足8 cm。将南北、东西向形变与6个全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）台站观测数据进行比较,两者一致性较好且均方根误差较小,分别为1.44 cm和1.77 cm,表明联合升、降轨InSAR观测和地震位错模型约束构建同震三维形变场方法具有较高可行性,显著降低了大地测量数据不足、InSAR观测对南北向形变不敏感等问题的影响。     

利用附加系统误差参数的升降轨InSAR-GPS数据融合方法建立三维形变场

针对合成孔径雷达干涉测量技术（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）监测形变时高空间分辨率的优势以及GPS监测数据高精度、高时间分辨率的特点,对升、降轨InSAR与GPS数据融合获取高精度的三维形变场的方法展开研究。提出以高精度的GPS观测值为约束,对升、降轨InSAR观测方程分别添加一个跟点的位置有关的系统误差函数,以对InSAR数据中残留的系统误差进行修正,减弱或消除系统误差的影响。模拟数据和实测数据表明,该方法能够有效地补偿不同轨道InSAR数据与GPS数据间的系统误差影响,且计算简单;采用附加系统误差参数的升、降轨InSAR-GPS综合形变分析模型建立的三维形变场具有更高的精度。     

克里金插值算法在形变监测中的应用

分析了克里金插值算法中,GPS台站分布在地表垂向形变监测中的影响。通过将GPS台站观测得到的垂直形变数据进行克里金插值,得到区域地表垂向形变场。实验表明,均匀布设GPS台站时,克里金插值算法得到的区域地表形变场整体效果较好;在形变量较大或形变梯度较高位置,更密的GPS台站分布有助于得到精度更高的形变场。     

联合InSAR与坡向约束的露天矿边坡三维形变监测

针对目前多轨道InSAR融合方法监测的南北向形变误差大,难以科学地识别露天矿边坡滑坡隐患的问题,本文提出了联合InSAR与坡向约束的露天矿边坡三维形变监测方法。首先,将露天矿边坡水平位移主要沿着坡向的先验信息作为约束条件。然后,根据SAR卫星形变投影关系,建立了附加约束条件的露天矿三维形变观测模型,并据此求解三维形变。最后,选用辽宁省阜新市新邱矿区作为研究区域,实现了仅基于升降轨InSAR数据的露天矿边坡三维形变监测。结果表明：本文方法解算的三维形变精度约为1.2 cm,仅占最大形变值的5.6%。本文方法有助于改善目前InSAR露天矿山三维形变监测精度不高的情况,提升露天矿山边坡滑坡隐患识别能力。     

GPS与InSAR数据融合方法及其应用

应用GPS—InSAR集成技术监测地表形变是目前地学界研究的热点问题。介绍了利用GPS对InSAR进行大气误差和轨道误差改正的方法,探讨了GPS与InSAR数据融合的方案,并通过一个实例证明：应用GPS—InSAR集成技术可以达到毫米级监测精度,其具有十分广阔的应用前景。     

InSAR三维同震地表形变监测——窗口优化的SM-VCE算法

三维同震地表形变场对于地震形变特征解译和断层滑动分布反演具有重要意义.本文基于地表应力应变模型(SM)和方差分量估计(VCE)的InSAR三维地表形变监测方法(SM-VCE),通过顾及一定窗口范围内不同像素点三维形变之间的力学关系(SM)建立函数模型,显著增加了多余观测个数,进而可利用VCE实现不同类InSAR观测值之间的精确定权.相比于传统的单点解算方法,基于窗口的SM-V CE方法可显著提高三维地表形变的估计精度.在原始SM-V CE方法中,求解不同目标点的三维形变时,窗口大小是固定不变的,并且窗口内的I nSAR观测值被认为是等精度的.对于同震形变场而言,I nSAR技术在地震破裂带附近往往难以获得有效的形变监测结果,使得固定窗口大小的SM-V CE方法无法获取完整的三维同震地表形变.即使在断层附近有I nSAR观测值的情况下,窗口内往往会包含断层两侧的异质InSAR观测值,使得原始SM-VCE方法难以得到可靠的近场三维形变.同时,InSAR观测值极易受到失相干等噪声影响,窗口内不同像素点的形变测量值精度往往各不相同,因此,忽略窗口内I nSAR观测值精度差异的做法将会降低三维地表形变精度.鉴于此,本文在SM-V CE方法的框架下,提出一种顾及断裂线及自适应变化搜索窗口的观测值选取策略,进而基于邻近的I nSAR有效观测值重建地震破裂带附近的三维地表形变场;引入迭代加权最小二乘方法实现窗口内同一类I nSAR观测值内部的自适应定权,有效降低了误差较大的观测值对三维地表形变精度的影响.模拟试验和基于升降轨哨兵数据的2019年Ri dgecrest地震研究表明,相对于原始SM-VCE方法,本文提出的窗口优化SM-V CE方法获取的三维同震地表形变场更加精确、完整.     

融合多平台DInSAR数据解算拉奎拉地震三维同震形变场

针对单一平台DInSAR技术仅能获取雷达视线方向同震形变场的问题,根据雷达成像的几何条件,融合不同轨道、不同平台的DInSAR数据解算了拉奎拉地震的三维同震形变场。三维形变结果反映的拉奎拉地震发震断层的特征与地质调查的结果较吻合。将得到的三维形变场数据与该地区GPS观测站数据进行比较,结果表明,得到的拉奎拉地震的三维同震形变场比较可靠且精度较高。     

利用基于抗差垂直向方差分量估计的GPS-InSAR数据融合方法反演三维形变场

GPS-InSAR数据融合解算三维形变场模型易受观测值粗差影响,且基于方差分量估计的定权方法不具备抵御粗差能力,计算效率低下。鉴于此,本文提出了一种基于抗差垂直向方差分量估计的GPS-InSAR融合解算模型,利用方差分量估计方法及抗差估计理论,通过对观测值最优化分类并进行选权迭代,精确分配权重,进而有效计算三维形变场。试验结果表明,该方法能有效抵御观测值粗差不利影响,提高三维形变场反演精度,提升逐点式计算的三维形变场效率。     

利用Sentinel-1影像监测土地回填导致的地表形变

在机场填海区地表稳定散射的范围内,本文运用合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术对机场地表形变安全性进行了监测分析,反演获得了研究区域范围内的年形变速率数据结果和高分辨率形变时序结果,并以此分析了香港国际机场的地表形变区在监测周期内的形变时空分布特征。为证明监测结果的精度和可靠性,本文采用全球导航卫星系统（GNSS）观测站的垂直位移数据,对InSAR方法反演的结果进行了交叉验证,证明两者具有良好的一致性。     

单频静态GPS在滑坡监测中的高程精度分析

GPS给测绘工作带来了极大的便利,其平面测量精度已达到亚mm级。但由于受电离层、多路径效应、几何精度因子和天线高量取等因素影响,GPS测得的高程数据很少被精密测量工作者采用。在三峡库区树坪滑坡合理布设形变监测网的基础上,经长期监测得出大量水准和GPS实测数据;以水准测量数据为基准,分析单频静态GPS测量高程在滑坡垂向形变监测中的应用精度。结果表明,单频静态GPS的垂向形变监测精度为±2 cm;依照滑坡监测规范,形变监测精度应大于其测量周期内形变量的1/5,因而可以得出单频静态GPS适用于监测周期内垂向形变在10 cm以上的滑坡的结论。对于树坪滑坡,第2期到第3期的垂向形变达到30 cm,GPS测量可以很好地提供监测数据,但不适用于其他处于缓变状态监测周期的滑坡。     

2016年意大利阿马特里切Mw 6.2地震震源机制InSAR反演

2016年8月24日，意大利中部阿马特里切（Amatrice）地区发生Mw 6.2地震。采用ALOS-2条带模式和SENTINEL-1A宽幅模式的合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）数据分别进行SAR差分干涉测量处理，获取了该地震的同震形变场。结果显示，本次地震造成意大利中部地区发生明显的地壳形变，在雷达视线向最大沉降量达19.6 cm。基于合成孔径雷达干涉测量（interferometry synthetic aperture radar，InSAR）和GPS同震形变场数据对此次地震的发震断层进行联合反演，通过改进倾角和平滑系数获取方法，得到了最优滑动分布模型。通过使用单断层模型和双断层模型进行反演可知，双断层模型反演结果优于单断层反演结果，两种模型下反演模型相关系数分别为0.85和0.89，发震断层走向分别为160°和158°，倾角分别为44°和46°，倾滑分布主要位于地下5~7 km，平均倾滑角为-80°，最大倾滑量0.9 m位于地壳深度5 km处，该发震断层是亚平宁冲断带的一部分，为NW-SE向延伸的正断层，断层长约20 km。综合使用地震同震形变场和GPS数据对震源机制进行反演、模拟和分析，获取了高精度的震源参数，可以为分析地震危险性和断层破裂参数等提供数据支持。     

GPS与InSAR数据融合在矿山开采沉陷形变监测中的应用探讨

GPS与InSAR数据融合具有重要的研究意义,本文分析了传统测量方法在矿山开采沉陷形变监测中的不足,讨论了GPS与InSAR数据融合的技术优势及其在InSAR相位解缠算法、水汽模型和大气层延迟误差改正模型、时间域与空间域的融合模型和算法等方面研究内容,提出了GPS与InSAR数据融合的研究特点与具体方法,并给出了比较详细的研究方案。     

合成孔径雷达干涉测量与全球定位系统数据融合监测矿区地表沉降的可行性分析

由于GPS与InSAR间具有很好的互补性,使得二者的数据融合能够在时间域和空间域提高地面沉降监测的能力,现已成为国内外地面沉降监测技术的研究重点.概述InSAR技术监测地面沉降的应用现状和InSAR/GPS数据融合的研究现状,分析InSAR/GPS数据融合在矿区地表形变监测中应用的可行性以及主要研究内容.     

InSAR矿区地表三维形变监测与预计研究进展

首先,介绍了InSAR地表形变监测技术的基本原理和技术特点;然后,对当前InSAR矿区地表三维形变监测方法做了系统性分类,并探讨了各自的优缺点和适用范围;之后,综述了当前InSAR矿区地表三维形变预计方法的研究现状和进展;最后,归纳梳理了InSAR矿区三维形变监测预计在多源数据融合和沉降机理分析等方面的前沿问题。     

结合SAR和光学数据检索凯库拉Mw 7.8地震三维形变

地震的同震形变监测对于地震形变特征解释以及直观了解断层的几何特征具有重要意义。对于有地表破裂的大地震,GNSS(global navigation satellite system)技术空间分辨率较低,InSAR(interferometric synthetic aperture radar)技术由于大的形变梯度会发生相位失相干,均无法获得详细的断层周围形变。基于亚像素互相关技术的光学影像相关和像素偏移追踪能够很好地解决这些问题。以2016年凯库拉Mw 7.8级地震为例,使用哨兵2号数据获取东西向和南北向形变,使用哨兵1号数据获取距离向和方位向形变。为确定获取三维形变场的哨兵2号光学数据与哨兵1号SAR数据的最佳组合,将这些形变种类进行组合,并使用最小二乘方法计算三维形变。结果表明,OIC+POT＿As＿Des的组合最适合获取凯库拉地震三维形变,各种观测数据类型的结合能够较好地控制三维形变的效果和精度。对凯库拉地震的三维形变进行分析,结果表明,该地震在两个不同区域发生了巨大且复杂的地表位移,是一次右旋走滑为主带有逆冲的地震,垂直形变主要表现为抬升。研究成果可以为地表三维形变的研究提供...     

基于GIS的InSAR结果分析方法及在汶川Mw7.9级地震同震解释中的应用

利用GIS对InSAR结果进行分析可以更全面地解释地表形变机制。介绍了利用GIS对SAR影像进行裁剪、切割和拼接处理、剖面和等值分析的方法。在此基础上,以汶川Mw7.9级地震为例介绍了基于GIS的InSAR结果分析方法在地震形变机制解释方面的应用:①根据InSAR距离向偏移量和同震形变场,利用GIS技术提取了汶川Mw7.9级地震发震断层的地表迹线;②将基于位错模型正演得到的视线向形变场与InSAR同震形变场进行比较,得到了汶川地区InSAR同震形变场的上盘和整体改正数,进一步借助GIS进行修正得到了更为真实的InSAR同震形变场;③利用2D/3DInSAR同震形变场、干涉纹图和剖面分析结果对汶川Mw7.9级地震同震形变特征进行了具体分析和解释。     

InSAR火山形变监测与参数反演研究进展

火山形变监测是星载合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）技术应用最为广泛的研究领域之一。近年来,在InSAR数据开源获取、数据处理技术快速发展和多学科交叉融合的背景下,国内外火山形变监测与火山源参数反演相关研究进入了新的阶段。对基于InSAR技术的火山形变监测和参数反演研究进行阶段性的梳理和总结。首先,介绍InSAR的基本原理以及主流多时相InSAR技术,分析其在火山监测过程中的主要误差源;其次,总结常用的火山地表形变参数反演解析模型和数值模型;然后,结合国内外火山研究案例,分析InSAR和火山地球物理模型在岩浆转移、喷发、脱气与热液作用等火山构造动力学机制研究中的具体应用;最后,介绍中国火山形变监测的发展现状,并探讨了InSAR火山形变监测的挑战和前沿方向。     

九寨沟Ms7.0地震的同震形变场误差研究及断层滑动分布反演

北京时间2017年8月8日四川省九寨沟发生Ms7.0级地震。为了提高断层滑动分布反演的可靠性,本文利用升降轨InSAR数据联合反演断层滑动分布,再根据模拟形变值二次反演,对比反演结果来探讨升降轨形变场误差和确定断层滑动分布的结果。结果表明,九寨沟升轨同震形变场的质量较好,降轨形变场受余震、震后粘弹性松弛效应影响明显,利用模拟形变值二次反演确定的断层滑动分布可靠性更高。     

顾及协方差函数的自适应四叉树InSAR数据压缩算法

利用InSAR数据进行形变机理反演时,由于InSAR数据点众多,且含有较多的误差乃至粗差点,严重制约了反演的效率和可靠性。为此,本文提出了顾及InSAR数据物理空间相关性来设立协方差函数,并依据协方差函数确定四叉树象限分解阈值和最大象限大小的自适应四叉树分解InSAR数据压缩算法。本算法能够在尽可能保留形变信号特征细节信息的同时,极大地降低InSAR数据量。本文以西安地区地面沉降InSAR结果为例进行了实验分析,验证了该算法的有效性,结果表明该方法能够在不损失形变信号特征的同时,有效的实现InSAR数据压缩和噪声消除的目的。