差分干涉雷达方法研究及在强震形变精确测量中的应用

一、前言差分干涉雷达(SAR)属于干涉SAR的高级处理技术,应用差分干涉SAR可以监测地表的微小形变(波长级),对于研究精密大地测量、地震学、火山监测等都有重要的意义。由差分干涉处理获得的地壳形变为斜距向,为了与GPS及其它资料相比较,还需要将其分解为竖向与水平向两个分量。为此本文研究了断层活动、强震运动、卫星轨道等之间的关系,确定了不同情况下,斜距向形变分解成水平与竖向两个分量的公式。在以上工作的基础上,处理了西藏玛尼1997年Ms7.5强震区地震前后5景ERS-1/2 SAR图像,获得了差分干涉雷达图像,并精确测量了最大水平与竖向位移分量。     

成像雷达(SAR)遥感地质应用综述

成像雷达（SAR）遥感以其独有的全天时、全天候观测能力和对地表的穿透性及形态探测能力，特别是现在新型成像雷达遥感技术的发展，使之在地质学应用中比光学遥感更具优势。文章结合SAR应用技术的发展过程，即由单波段单极化到多波段多极化，再发展到现在极化测量和干涉测量阶段，综述了成像雷达遥感在地学中的应用，特别对新型成像雷达技术（极化雷达、差分干涉雷达）在岩性分类、探测地震区域形变的地学应用作了实例介绍。     

青藏高原冻土区域的相干特性分析

由季节性的冻胀和融沉导致的地表变形是在多年冻土区域进行工程施工的最主要危害, 青藏铁路建设和维护中的一个主要问题就是如何监测冻土的形变. 利用北麓河地区的ASAR数据, 联系冻土的相关变化规律, 对于冻土区域的相干特性进行了分析. 通过对不同自然地物的相干性进行对比分析, 发现冻土区域地物的相干性不仅与地物特性相关, 同时也与冻土的冻结和融化密切相关. 不同时间段干涉对的相干性的差别反映了冻土在不同季节的变化规律. 青藏铁路和公路在不同空间基线和时间基线上的相干性表现, 为该区域的稳定散射体的选择提供了一种可能, 对于进行北麓河区域的冻土形变的时间序列分析具有重要的指导意义.     

利用InSAR技术研究黄土地区滑坡分布

InSAR技术能够获取大面积、连续、高精度的地表垂直形变信息,可用来监测地震、火山、滑坡等自然灾害造成的地表形变。文章介绍了InSAR技术在监测陕北黄土地区滑坡中的应用,首先进行野外地质勘察和TM光学遥感影像解译,接着通过EnviSat SAR数据差分干涉处理,获取研究区干涉形变场,提取出滑坡位移量,最后详细分析黄草湾至董家寺沿线一带的滑坡变形范围,并划定出了4个有一定变形的重点监视区。     

差分干涉雷达遥感在地质学中的应用研究

雷达差分干涉测量是当前雷达遥感的热点研究领域，对地质学特别是地震、火山、大地构造的研究具有极其重要的意义。文章对差分干涉雷达遥感的原理及具体实现进行了深入研究，并分析了差分干涉测量结果的误差，郑重阐述了差分干涉雷达遥感在地震、地表形变测量、火山监测、板块构造研究中的应用。     

D-InSAR技术在地面沉降监测中的应用

重复轨道差分干涉测量(D-InSAR)技术在监测地表形变方面得到了深入的研究和广泛的应用。本研究将时间序列分析方法引入到差分干涉测量技术中,并和永久散射体技术相结合,提出一种基于PS点的差分干涉时间序列分析方法。该方法以干涉图上两个较近PS点的相位差为研究对象,能够消除大气相位延迟对差分干涉处理的影响。并将该方法应用在天津地面沉降监测实验中,获得了天津地区地面沉降数据和沉降分布图,取得了比较满意的结果。     

基于GAMMA软件的二轨差分原理及实验数据处理

合成孔径雷达干涉测量技术（SAR）经过10多年的发展,现已广泛的应用于地球学科的各个领域.目前主流的GAMMA解算软件,采用二轨差分的方法,对实验区的SAR数据进行配准、滤波、去平地效应、相位解缠、差分等处理,最后得到垂直形变图,实现了地表形变的监测.本次研究SAR数据为欧空局的ERS-2卫星数据,DEM分辨率为30 m,采用最小费用流法解缠,得到于雷达视线方向上的形变量,再通过计算与转换,生成垂直方向上的形变图.结果表明,研究区城市中及其周边发现明显的沉降中心,在山区地带基本没有沉降.     

基于多源SAR数据的InSAR地表形变监测(摘要)

<正>合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术因其具有高分辨率、高精度等特点,已广泛用于地震、火山、地面沉降等地表形变的监测中。然而,InSAR技术仅能获取雷达视线方向的一维形变信息,仅依靠单一轨道的SAR数据不能完全、准确地反映监测区的地表形变特征,这一缺陷大大限制了InSAR技术在地表形变监测中的推广应用。随着Envisat ASAR、ALOS PALSAR、Radarsat-2、COSMO-SkyMed和TerraSAR-X等雷达卫星数据的不断获取,在同一     

极具潜力的空间对地观测新技术——合成孔径雷达干涉

“合成孔径雷达干涉(InSAR)”是近十年发展起来的空间对地观测遥感新技术。它具有从覆盖同一地区的星载(或机载)合成孔径雷达复数图像对提取干涉相位图,借助于雷达成像时的姿态数据重建地表三维模型(即数字高程模型)的巨大潜力。尤其是基于多幅雷达复数图像处理的差分干涉技术(D-InSAR)可以用于监测地表形变,精度可达厘米级甚至更高,其监测空间分辨率是前所未有的。介绍了InSAR和D-InSAR的基本原理,对影响干涉结果的一些重要因素做了分析,重点回顾和展望了差分干涉技术在与地表形变有关的地震监测和震后形变测量、地面下沉和山体滑坡、火山运动监测等方面应用的现状和前景。     

D—InSAR技术在西安地面沉降监测中的应用

基于D—InSAR技术,对西安市因过量抽取地下水导致的地表缓慢沉降做了深入的应用研究,利用已有的西安地区SAR图像做了差分干涉测量的试验分析。结果显示,D-InSAR技术已经能够很好的应用于城市地区厘米级地面沉降的监测。     

浅埋隧道冻结法施工地表冻胀融沉规律及冻结壁厚度优化研究

浅埋隧道对地表冻胀、融沉变形有严格要求。针对珠机城际轨道交通项目联络通道冻结壁设计改进问题,基于热?力耦合理论,利用有限差分数值计算方法对冻结法施工全过程进行模拟,通过比较研究不同厚度冻结壁模型引起的地表冻胀、融沉变形及隧道管片变形规律,实现冻结壁厚度的优化设计。研究表明：（1）该数值模型可有效模拟地表冻胀、融沉变形,利用已查明数值误差对计算结果进行折减可得到较为准确的实际变形预测值;（2）不同模型地表冻胀、融沉规律大致相同,但变形量及影响范围随冻结壁厚度减小呈递减趋势,当冻结壁厚度为2.5 m及以下时变形基本满足规程要求;（3）土体冻胀、融沉变形并非简单的互逆过程,融沉变形通常大于冻胀变形,平均超出量达40%,应特别注意;（4）冻结壁厚度越大相应产生的冻胀力越大,通过优化冻结壁厚度可有效控制隧道管片附加应力及变形的产生,保护已建隧道结构安全;（5）综合选定2.5 m为冻结壁改进厚度,成果直接应用于4#联络通道冻结法施工,经现场监测表明该优化方案有效、可行,对类似工程冻结壁厚度设计具有较好的推广应用价值。     

论青藏铁路修筑中的冻土环境保护问题

本文通过研究已建青藏公路修筑过程中寒区冻土环境和生态环境的破坏特征，分析总结了寒区环境破坏对公路工程的影响。青藏公路工程修建活动极大地改变了冻土环境，使得多年冻土退化，上限加深，诱发了一系列冻胀、融沉、热融滑塌等冻融灾害，使得生态环境原本就很脆弱的寒区环境更加恶化，如植被退化、荒漠化等，同时，冻土环境的破坏也使得工程环境恶化，直接影响青藏公路正常交通运输。因此，在即将进行的青藏铁路修筑工程中，必须深入研究其对冻土环境的影响，对冻土环境问题和环境保护应予以足够的重视。     

青藏铁路多年冻土区涵洞基础的冻融变形特征

对青藏铁路沱沱河试验段两座拼装式涵洞进行了地基地温及冻融变形监测，分析了涵洞多年冻土上限处的地温变化及地基的冻融变形特征。结果表明：涵洞地基的变形随地温的年波动变化。可分为冻胀和融沉两部分。冻胀变形小于下沉变形，涵洞基础的变形整体上表现为渐减沉降的特征；铁路路基及涵洞的修建改变了多年冻土原来的水热平衡，使涵洞多年冻土上限处地温产生正温波动，冻土上限产生变化。导致了涵洞地基土体沿涵洞纵向的不均匀变形。     

青藏高原多年冻土地区公路路基变形

通过对现场实体工程的长期监测资料和路基破坏机理分析研究,使我们对沥青路面对多年冻土的严重影响,导致多年冻土的升温与退化,使路基产生较严重的不均匀下沉变形,及其它所引起的一系列路基病害问题的发生发展过程有了较为系统和深刻认识,取得了大量现场实测资料及研究成果.讨论了高温多年冻土地区冻土路基的变形特征,以及冻土路基变形与工程地质条件的关系,给出了路基随地温波动变化而发生的变形过程。     

青藏铁路填土路基热-力耦合离散元研究

多年冻土是含有冰的特殊土体,在自然环境变化及工程扰动下易发生冻胀融沉变形,严重威胁着青藏高原工程建筑物的安全稳定,特别对青藏铁路的畅通运营提出了严峻挑战。以青藏铁路五道梁地区路基断面为研究对象,采用颗粒离散单元法,通过建立热-力离散元计算模型,对路基的温度场和变形进行了计算和预测。结果表明：离散单元法克服了有限元方法无法模拟颗粒间导热与接触粘结作用的瓶颈,能够从微观层面阐释宏观变化,较为真实地反映冻土的导热和力学变形;离散单元法数值计算分析发现,随着运营时间的增加,路基存在冻土退化问题,而且路基中颗粒间热交换复杂,在0 ℃等温线区域和路基坡脚处,颗粒间相互作用更为突出。热-力耦合离散元为冻土工程研究提供了新思路,可更好地为寒区工程服务。     

基于载荷试验的青藏铁路试验路堤沉降监测设备可靠性验证

青藏铁路成败的关键在路基工程,而路基工程的关键是冻土问题.为研究填土分选重组试验路堤的承载力状况以及冻土沉降钻孔监测设备的性能和监测结果的可靠性,进行了基于平板载荷试验的冻土沉降监测设备可靠性验证,估算试验路堤的承载力.试验结果表明,将试验路堤土体视为各向同性弹性连续介质模型是合理的;冻土变形监测设备测试结果与利用土介质的各向同性弹性连续介质模型的计算结果相吻合,显示出冻土钻孔变形监测设备具有较高的可靠性.     

青藏铁路多年冻土区路基变形裂缝发生机理及其防治

青藏铁路多年冻土区路基工程的修建,改变了路基基底多年冻土的热量平衡状态.通过对青藏铁路多年冻土区试验工程和已经施工的路基工程所发生的变形裂缝的调查和分析,认为多年冻土区路基几何尺寸不对称和路基边坡坡向不同导致的路基人为上限形态不同,是造成多年冻土区路基温度场不对称以及基底土体冻结融化过程不同步的主要原因,也是造成路基变形裂缝的主要原因.文章在此基础上提出了减少或消除路基温度场不对称,从而减少或消除这类变形裂缝的主要工程结构形式和工程措施,作者的看法和结论已经在2003年青藏铁路冻土区路基工程设计和成形路基补强工程措施设计中得到广泛应用.     

青藏铁路多年冻土区路基变形特征及其来源

基于青藏铁路多年冻土区34个路基监测断面2005－2011年的变形与地温资料,分析路基的变形特征及其来源。监测结果表明：①监测期累计变形量大于100 mm的断面均为普通路基,其变形主要来自路基下部因冻土上限下降而引起的高含冰量冻土的融沉变形以及融土的压密变形,其次为路基下部多年冻土因地温升高而产生的高温冻土的压缩变形。②监测期累计变形量小于100 mm的普通路基与块石结构路基断面,其变形主要来自路基下部多年冻土的压缩变形。③总体而言,块石结构路基变形量明显小于普通路基,从而验证了主动冷却措施的长期有效性。其研究结果可为冻土区路基稳定性判断及病害预警提供数据支持。     

青藏铁路路基下融化夹层特征及其对路基沉降变形的影响

基于青藏铁路多年冻土区路基地温与变形现场监测资料, 研究了青藏铁路路基下融化夹层特征及其对路基沉降变形的影响. 结果表明:在已有监测场地中, 青藏铁路沿线天然场地融化夹层发育较少, 而路基下融化夹层发育较多. 低温冻土区路基下融化夹层能够逐渐完全回冻使其消失, 高温冻土区大部分路基下融化夹层有进一步发展的趋势. 当融化夹层下部为高含冰量冻土时, 融化夹层与路基沉降变形关系密切, 路基易产生较大的沉降变形; 当融化夹层下部为低含冰量冻土时, 路基沉降变形较小.     

青藏工程走廊典型热融灾害现象及其热影响研究

在全球变暖及人类工程活动的影响下,青藏工程走廊内的热融灾害普遍发育。研究走廊内各类热融灾害的发育现状及其对多年冻土的热影响对今后的工程规划和冻土环境保护具有一定的指导意义。本文通过大量的野外调查工作,总结了走廊内热融灾害的类型及其发育现状,并选取3种典型热融灾害进行现场地温监测,分析其对多年冻土的热影响方式和程度。研究结果表明:3种热融灾害对其发育区域及附近的多年冻土都产生了巨大的热影响,热融滑塌和热融沟主要影响浅层的地温状况,而热融湖塘的影响范围更大,其发育甚至会导致湖塘下部形成多年融区。此外,侧向热流计算结果表明,3种热融灾害全年都在向其周边的多年冻土放热,通过对比发现热融湖塘的侧向热侵蚀能力最强,其次是热融沟,侧向热侵蚀最小的是热融滑塌。