IPTA方法在武进地区地面沉降监测中的应用

合成孔径雷达差分干涉测量(D-InSAR)具有全天候、大范围、高地面分辨率等优点,但是由于时空失相关、大气效应等因素的影响,其精度只能达到厘米级,干涉点目标分析(IPTA)方法能很好地克服这些问题.介绍了IPTA方法原理及实现过程,利用武进区21幅TerraSAR数据进行IPTA处理,提取了2009--2011年间的地面沉降信息,并与水准数据进行了对比验证,两者具有一致的沉降趋势,证实了IPTA方法监测地面沉降的可行性与可靠性.     

基于PSInSAR技术的常州地表形变监测研究

地面沉降已成为我国主要地质灾害之一,本文利用27景Envisat ASAR数据,采用点目标干涉测量(IPTA)技术,以常州市为实验地区,得到常州地区2007 ～ 2011年间地表形变沉降速率图,结果表明,常州市区存在多处严重沉降,最大沉降速率达-31 mm/a,表明IPTA技术在城市地面沉降监测中有广泛的应用前景.     

基于高分辨率TerraSAR-X影像的PSInSAR地表形变监测

利用2011年10月—2013年7月间获取的37景TerraSAR-X高分辨率条带模式SAR数据,采用干涉测量点目标分析(interferometric point target analysis,IPTA)技术得到常州地区因工厂集中开采地下水所引起的地表沉降信息,即常州市武进地区有多处地表沉降,在2011—2013年间最大沉降速率为31.494 mm/a。通过与Envisat ASAR数据获取的平均沉降速率对比,说明TerraSAR-X数据不仅可以提高永久散射体(permanment scatter,PS)的点密度,而且能更好地描述散射体的细节变化和微量位移情况,体现出TerraSAR-X数据监测地表形变的优势。沈海高速公路常州沿线地面沉降的监测结果表明:TerraSAR-X数据在人工线状地物形变监测中具有广阔的应用前景;IPTA监测结果与水准测量结果具有较好的一致性,表明将IPTA技术应用于城市地表形变监测的正确性。     

合成孔径雷达差分干涉测量技术在城市地面沉降监测中的应用

合成孔径雷达干涉测量(InSAR)是利用合成孔径雷达(SAR)两次观测中的相位差与空间距离差之间的关系,提取地表三维信息和形变信息的一项技术。利用欧空局存档雷达数据,通过常规D-InSAR、PS-InSAR和SBAS技术,实现对哈尔滨城市历史和现今地面沉降情况调查,为城市形变灾害预测提供详实可靠的观测数据,以便更好地指导今后的地面沉降防治工作。     

PSInSAR技术在地面沉降监测中的应用研究

永久散射体合成孔径雷达测量技术(PSInSAR)具有全天候、大范围、高精度监测地表形变的优点,是形变灾害监测领域一种新的经济的空间对地观测新技术。本文介绍了PSInSAR技术,并使用我国某地区的卫星SAR影像数据,运用PSInSAR技术完成了地面沉降监测的相关处理流程,并将结果与常规水准测量的结果进行了对比,证实了PSInSAR技术用于大范围地面沉降监测的有效性。     

差分干涉测量（D—InSAR）技术在矿区地面沉降监测中的应用

收集了2008年12月至2009年7月的6景覆盖济宁某矿区ENVISATASAR数据,利用差分干涉测量技术进行矿区地面沉降监测应用研究。通过“双轨法”和“三轨法”,进行差分干涉处理,提取了差分干涉图、增强干涉图、相干图和地面形变图。并且对测量处理结果进行了分析和讨论,从而验证了差分干涉测量技术在矿区地面沉降监测中应用的可行性。     

结合InSAR的矿区大梯度变形监测技术进展

合成孔径雷达干涉测量技术(In SAR)广泛应用于监测矿区地表形变,采用SAR影像的相位信息可高精度提取试验区的微小形变;但当形变梯度较大,引起干涉影像对的失相干无法得到有效干涉条纹时,则无法获取矿区形变,亟需引入新的技术来解决。本文通过查阅相关文献,分析了目前结合In SAR技术完成矿区大梯度变形监测的几种方法,总结了这几种方法的不足,提出了未来的研究方向和思路。     

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。     

IPTA监测圣佩德罗湾港口地表时序沉降

常规D-InSAR技术已成功应用于由于火山、地震等引起的地表形变监测,然而受时间失相干和大气延迟等影响,该技术监测地表沉降形变的精度只能达厘米级。本文以美国圣佩德罗湾港口为研究对象,采用干涉点目标分析(IPTA)技术,选用二维线性相位模型对时序差分干涉相位图迭代回归分析,逐次去除大气延迟、DEM误差以及噪声等的影响,最终提取出准确可靠的形变序列相位信息。结果证明IPTA技术对长期微小的地壳累积形变探测具有广阔的应用前景,而且IPTA技术在实现效率和数据存储方面都优于常规的PS-InSAR。     

基于合成孔径雷达差分干涉测量技术的矿区地面形变分析

介绍了合成孔径雷达差分干涉测量（D—InSAR）技术的基本原理和D-InSAR数据处理流程,采用双轨法D-InSAR处理了4景覆盖济宁某矿区的卫星ENVISATASAR数据,分别提取了增强差分干涉图、相应的相干图以及矿区地面形变图,并对其进行了简单分析。对从矿区地面沉降分布、沉降面积统计进行矿区地面沉降分析;选取研究矿区的部分水准监测结果与D-InSAR监测结果相比较的方式进行精度分析。说明了13-InSAR技术在矿区地面沉降监测应用中应该注意的事项。     

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.     

郑州市地裂缝遥感识别与监测

根据坡度分析在灾害防治与水土保持工作上的应用,提出了以IPTA技术获取的地面沉降速率图为数据源,利用地面沉降坡度分析开展地裂缝遥感识别;以郑州市为研究区,根据地面沉降坡度分析识别出的目标区,在郑州市区首次发现因差异性地面沉降造成的地裂缝,实地调查发现该地裂缝东西长约2 000 m,已经造成附近10余处建筑物受损,监测结果表明该地裂缝存在明显的三维形变;实地调查和监测结果证明,地面沉降坡度分析不仅可以用于地裂缝的识别,也能用于地面沉降危险性分区,对地质灾害防治减灾有一定的指导意义。     

基于SAR干涉点目标分析技术的城市地表形变监测

通过深入研究干涉点目标的相位模型,提出基于空间搜索的邻近点目标干涉相位差解缠方法,用以计算点目标的地形残差和线性形变,以及分离点目标大气延迟相位和非线性形变相位的时空域滤波方法,解决干涉点目标分析中的关键问题.最后,以苏州地区地表沉降监测为应用试验,利用形成的SAR干涉点目标形变信息提取技术,获取苏州市区1992-2002年间的地表沉降信息.研究结果与已有文献记录保持比较好的一致性,证明SAR干涉点目标技术完全可以发展成为应用于城市地表形变监测的实用化技术.

Abstract：

Interferometric point target analysis (IPTA) is one of the latest developments in radar interferometric processing. It is achieved by analysis of the interferometric phases of some individual point targets, which are discrete and present temporarily stable backscattering characteristics, in long temporal series of interferometric SAR images. This paper analyzes the interferometric phase model of point targets, and then addresses two key issues within IPTA process. Firstly, a spatial searching method is proposed to unwrap the interferometric phase difference between two neighboring point targets. The height residual error and linear deformation rate of each point target can then be calculated, when a global reference point with known height correction and deformation history is chosen. Secondly, a spatial-temporal filtering scheme is proposed to further separate the atmosphere phase and nonlinear deformation phase from the residual interferometric phase. Finally, an experiment of the developed IPTA methodology is conducted over Suzhou urban area. Totally 38 ERS-1/2 SAR scenes are analyzed, and the deformation information over 3 546 point targets in the time span of 1992-2002 are generated. The IPTA-derivecl deformation shows very good agreement with the published result, which demonstrates that the IPTA technique can be developed into an operational tool to map the ground subsidence over urban area.     

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。     

电子水准仪在矿区沉降监测中的应用

煤炭开采引起的地面沉降区沉降周期长、范围大,造成的环境危害也日益显著,如何高效、准确地为矿区环境治理提供基础资料成为工作人员的当务之急。本文利用DiNi03电子水准仪对马莲台煤矿采矿区地面进行沉降监测,详细介绍了电子水准仪在沉降监测中的工作优点和技术方法,并且对测量数据进行了分析,提出了一些方法和建议,为因煤炭资源开发造成的地面沉降等灾害的基础资料获取提供技术参考。     

PS-InSAR和SBAS-InSAR技术对昆明主城区地面沉降监测的对比分析

以昆明主城区为例,分别利用PS-InSAR和SBAS-InSAR技术对2014—2017年间29景升轨Sentinel-1A数据进行沉降监测,对比两种技术得到的沉降结果,进行剖面图分析与时序分析。结果表明,PS-InSAR和SBAS-InSAR技术监测结果具有一致性、相关性和可靠性。研究发现,昆明市沉降漏斗主要位于居民区、地铁、道路、高速公路以及滇池等区域,最大年沉降速率可达-39.580mm/a,累积沉降量达到85mm。研究表明,昆明主城区地面沉降主要由于近几年城市和轨道交通建设的飞跃发展,导致居民区和交通网络密集,地面载荷增加,地下隧道开挖与地下水开采等原因引起地面软土地层下沉。     

基于时序InSAR的即墨市区地表形变监测

地面沉降是一种对地面及地下基础设施造成安全隐患,对经济可持续发展和环境保护产生破坏影响的地质灾害现象。本文使用2017年5月至2018年5月16景Sentinel-1A卫星SAR影像,根据D-InSAR的初步形变监测结果将即墨城区内沉降明显的区域作为研究区,基于PS和SBAS两种时序InSAR方法对该区域进行地面沉降监测,获得的沉降分布和形变时序结果吻合。地面沉降的分布与新建高层建筑区吻合,地面形变趋势与区域降水量和地下水水位变化有较高的相关性。研究结果有助于了解即墨城区的地表沉降状况以及原因,为地面沉降综合治理和地下水水资源开发利用提供参考依据。     

不同手段和尺度下地面沉降时空变化特征分析——以深圳大空港区为例

本文利用不同手段和不同尺度的地面监测方法,分析城市填海区地面沉降的时空变化特征。通过深圳市大空港区的地面沉降监测工程实例分析,结合精密水准测量和遥感监测手段,实现了不同尺度地面沉降监测,获取该区域地面沉降时空变化特征。研究结果表明,精密水准测量方法与遥感监测方法均发现了会展中心周围道路产生的沉降,具有相同的变化特征。精密水准监测方法能较精确地获取局部地面沉降量,在石围路的建筑基坑周边产生最大为-303.6mm的地面沉降。结合不同手段和不同尺度的监测方法,可以较全面获取监测对象的形变特征。     

基于 C 波段和 L 波段的 SBAS-InSAR 技术监测广州地面沉降

近10年来广州市频繁发生地面沉降、塌陷等地质灾害,造成巨大的生命财产损失,而且目前仍然在加剧。传统的监测技术如GPS、水准测量等难以开展大范围、高精度和高空间分辨率的地表沉降监测工作,而合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)正逐渐成为城市地表沉降监测的有效手段。文中采用短基线集(SBAS-InSAR)技术,通过17景ENVISAT/ASAR数据和21景ALOS/PALSAR数据,探测广州佛山地区2006—2011年的地表形变信息。将其与研究区内已有的水准测量数据进行比较,从而验证InSAR技术监测结果的可靠性。最后圈定了研究区的重点沉降区域并对沉降成因进行分析。