九寨沟核心景区多源遥感数据地质灾害解译初探

2017-08-08T21:19:46四川省九寨沟县发生7.0级地震,震中位于九寨沟核心景区内。地震触发了数千处崩塌、滑坡灾害,对九寨沟熊猫海等旅游景观和景区道路造成较严重破坏。景区内山高坡陡、植被茂密,地质灾害隐蔽性强,传统的地质灾害排查方法遇到极大困难。采用机载激光雷达和高分辨率光学影像数据联合开展九寨沟景区地质灾害解译工作,给出了高植被覆盖山区地质灾害激光点云采样密度建议值,结合区域地质资料及现场调查初步划分了地层岩性和断裂构造,利用光学影像和数字高程模型综合建立灾害三维解译标志,由此获取已有地质灾害、同震地质灾害及灾害隐患发育分布特征,为景区恢复重建提供技术支撑。     

改进TS-InSAR方法的白格滑坡灾前-灾后形变演化特征分析

2018年10至11月,金沙江上游白格滑坡先后两次垮塌渡江并致堰塞湖,且至今仍存在较显著的蠕滑形变。针对时序InSAR技术在高植被发育区的应用局限,本文提出了一种改进的时序InSAR解算方法(ITSI),结合Sentinel-1A卫星2017年9月-2021年3月期间获取的SAR影像数据,针对滑坡区域分别开展了灾前和灾后时序干涉处理,提取了灾害-灾后时段内的年平均蠕滑速率场(灾前极值为9.71cm/a,灾后达到25.42cm/a)和累计蠕滑形变量(灾前极值为13cm,灾后两年内达61cm),并结合灾前-灾后形变时间序列,重点分析了蠕滑形变的时序演化特征,发现白格滑坡灾后两年间渐趋稳定。此外,监测结果发现白格滑坡上游5km处的肖莫久滑坡也处于活动状态。相关结果可为该区域防灾减灾领域研究提供参考。     

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Sentinel-1A数据监测地表形变案例分析

雷达卫星结合InSAR技术已广泛应用于高精度地表形变监测领域。本文选取2017年九寨沟地震为研究案例，利用Sentinel-1A地震前后的单视复数影像，基于D-InSAR技术获取该次地震的同震形变场。结果显示：震中西北侧表现出相对均匀的下沉现象，沉降漏斗区雷达视线向最大沉降量达25.1 cm；东南侧呈现不均匀抬升状态，地表破碎较为明显，最大抬升量为11.6 cm。研究表明基于Sentinel-1A数据的D-InSAR技术可以为地震形变场的定量分析提供一种快速有效的手段，为阐释地震发震机理及评估受灾情况提供必要的数据支撑，具有广阔的应用前景。     

地质灾害隐患三维一张图构建方法

以“８·８”九寨沟地震灾区地质灾害调查数据为基础,以地质灾害隐患早期识别“三查”技术成果和地质灾害 隐患防治效果动态监测等为依据,研究地质灾害隐患实景三维场景中多源数据处理与发布、场景按需组装、快速分 发部署等关键技术,结合地质灾害隐患研判分析和防治设计等实际需求,研发地质灾害隐患一张图三维管理平台。 为灾后地质灾害隐患管理、风险分析、动态管控及相关灾后重建工作提供及时、可靠、高效的测绘地理信息保障服务, 同时也为存在地质灾害风险的区域和有地质灾害防治需求的区域,提供一套地质灾害隐患防治和应急管理解决方案。     

九寨沟Ms7.0级地震三维同震形变场提取

针对D-InSAR地震形变监测中存在LOS(line of sight)视线向模糊的问题,该文构建了一种融合升降轨不同视线向干涉测量数据获取三维同震形变场的方法。以2017年九寨沟M_S7.0级地震为例,基于研究区的Sentine1_1A数据和SRTM(1″)DEM数据,采用二轨差分的D-InSAR技术,融合升降轨LOS向以及自定义视线向的干涉测量数据进行联合解算,获取了研究区三维同震形变场,解决了单一轨道雷达LOS提取结果不能准确反映地表三维形变场的问题。实验表明,此次地震造成了震中附近一定范围地表的沉降和东南向的滑移,并通过震区形变剖面图和形变等值线图,分析了形变场的空间分布以及此次地震所造成地表断裂的位置,认为此次地震与塔藏断裂、虎牙断裂存在关联性,其运动形式为主动盘逆冲的走滑型地震。     

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。     

基于时序InSAR的地下核试验爆后形变监测与分析

地下核试验必然导致地表发生强烈形变,而在核爆后热辐射后效阶段,核试验区域仍会下沉,为更好地理解核爆后长时序沉降变化规律,利用时序InSAR技术处理了2017-09-10—2018-12-10的39景Sentinel-1 SAR数据,得到朝鲜试验区第六次核爆后长时间序列的累积地表形变量。结果表明,万塔山山体表面在核试验后仍持续下沉;核试验区山顶约下沉30 mm,而边坡的形变量更高,约为70～100 mm。时序InSAR技术可为非天然地震所引起的地表形变提供可靠的监测结果,为核爆后长期监测提供技术支撑,具有重要的实用价值。     

九寨沟地震中应急测绘多源数据融合应用

针对"8·8"四川九寨沟7.0级地震应急测绘保障时间紧、任务重的特点,探索利用多源多途径方法,快速获取九寨沟核心景区多源灾情地理信息数据,开展相关数据的融合应用。实践证明,多源数据融合技术在应急测绘保障工作中不仅可以提高数据利用精度,而且可以快速提高应急保障数据的使用效率和用途。多源数据融合技术还可为指挥决策等部门的灾情侦查、灾害调查、灾后重建工作,提供内容丰富、多维支撑的决策信息支撑。     

基于SBAS技术的川藏铁路折多山地区地表形变监测与分析

相比传统的地表形变监测,InSAR技术能够全天时、全天候、大范围地获取地表形变信息。SBAS短基线集作为一种新技术,能有效解决时空去相干、大气延迟等影响,获得高精度的地表形变信息。文章利用SBAS技术对川藏铁路折多山地区27景Sentinel-1A数据进行地表形变监测,得到该地区在2017-03—2018-12时间序列形变监测结果。通过分析该地区整体形变情况,圈定3个明显形变的范围,在其中一个形变范围内,发现3个疑似滑移区域,其最大形变量达到-92.3 mm/a。最后结合Google Earth光学影像,验证并分析这3个疑似滑移区域成因。     

融合DInSAR和MAI技术反演九寨沟地震三维形变场

差分雷达干涉测量(DInSAR)在地震形变监测中具有重要作用,但DInSAR仅能获取雷达视线向的形变量,无法准确反映地表三维形变.为了获取真实的地表形变,文中采用一种联合DInSAR和多孔径干涉技术(MAI)的地震三维形变场反演方法,以2017年九寨沟Ms7.0级地震为例,融合升降轨Sentinel-1A数据,联合解算获取研究区地表在竖直、南北、东西向上的形变,构建地震三维同震形变场.实验结果表明,本次地震的断裂带为西北—东南(NW-SE)走向,地震断裂面西北侧(下降盘)错动位移较大,向东南偏东方向滑动;东南侧(上升盘)错动位移较小且3个方向位移的贡献较为平均,大致向正西北方向滑动.地表运动以水平形变为主,纵向起伏较小,东西方向对本次地震的同震形变贡献最大,存在向东最大0.25 m、向西最大0.12 m的形变,断层性质为左旋走滑断层.     

哨兵-2号光学影像地表形变监测:以2016年Mw7.8新西兰凯库拉地震为例

光学影像已经广泛地应用于地表形变监测研究。哨兵-2号光学影像作为一种新的对地观测数据，具有重访周期短、空间分辨率高、影像覆盖范围大以及数据免费等优点，因此该数据在地表形变监测上有广泛的应用潜力。本文以COSI-Corr软件包为数据处理平台，基于亚像素的频率域相关性匹配技术，处理多时相的哨兵-2号数据获取地表形变。本文选取2016年M_w7.8新西兰凯库拉（Kaikoura）地震覆盖区域为例，对哨兵-2号影像地表形变中存在的各种系统误差源进行了系统分析和改正，并提出了改进的均值相减法去除形变场中的卫星姿态角误差。另外，还对哨兵-2号4个10 m空间分辨率的波段（Band 2/3/4/8）中可用于地表形变监测的最佳波段进行了分析，统计结果显示Band8的地表形变监测效果最好。最后，利用哨兵-2号光学影像获取了2016年11月14日M_w7.8新西兰凯库拉地震的同震形变场；分析了沿地震主要断层的滑移分布，结果表明最大水平滑移量达10 m；并与同期Landsat8全色影像的同震形变监测结果进行对比分析，结果表明哨兵-2号结果精度更高。本文的研究成果可以为哨兵-2号光学影像的应用提供参考。     

5·12地震灾区生态环境变化研究

针对5·12地震及快速灾后重建带来的生态环境变化,基于不同时相的遥感影像数据,构建研究区(北川县)生态环境综合评价体系结构,并提取相关变化信息,最终得出生态环境质量等级图。结果表明:地震及其次生灾害和灾后重建等使得北川县特别是东南部老县城附近地区、新县城重建地区生态环境受到一定程度的破坏,造成该地区环境质量的下降。     

基于D-InSAR技术的地质灾害和监测预警

地质灾害的监测和灾害隐患的排查一直是近年来受到国家重视的问题,而自然灾害如暴雨、洪涝、台风等也是引发泥石流、崩塌、滑坡等地质灾害的重要因素之一.2019-08-10,"利奇马"台风登陆浙江,其带来的暴雨、洪涝等自然灾害造成了大量的人员伤亡、经济损失以及次生地质灾害.根据InSAR技术覆盖范围广、不受云雾雨雪天气影响等特点,使用2景Sentinel-1A数据,采用双轨D-InSAR方法对浙江省的南部地区进行台风受灾前后的地表形变监测,得到研究区域在2019-07-28—08-21的形变情况,同时对研究区域中下沉量级较大、出现异常的区域进行排查,并和G PS结果进行比对,最终找到地质灾害发生区域和隐患区域,为浙江省地质灾害监测和排查提供数据支持.     

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。     

舟曲县城区灾后重建地质灾害监测预警及治理工程

为了将舟曲"8.8"特大泥石流灾后地形地貌、灾后重建地质灾害监测预警及治理工程直观展现及其数据的更新与传输进行有效管理,本文在利用三维GIS技术、虚拟现实技术、三维空间数据库技术和遥感技术的基础上,基于Skyline平台开发出舟曲县城区灾后重建地质灾害监测预警及治理工程三维可视化系统,系统实现了多源数据融合、查询、三维显示及数据管理等,为舟曲县灾后重建、防灾减灾提供了技术支撑。     

基于SBAS-InSAR的成都平原地面沉降监测

汶川地震后,余震活动频繁,加之成都平原内城市发展迅速,容易诱发地面沉降;对成都平原地面沉降进行监测,及时掌握沉降信息,可为相关决策提供科学依据。基于ENVISAT ASAR数据,采用小基线集(small baseline subset,SBAS)-In SAR技术,对成都平原2008―2010年地面沉降进行了监测。结果表明,各主要城市在监测时段内的地表累积形变量在-8~14 mm之间,总体形变量不大;成都平原西部区域受地震影响呈抬升趋势,沉降主要集中于成都市北侧和德阳市以南部分区域,最大沉降量为-22 mm,沉降范围随时间推移呈扩大趋势。通过实测数据验证了监测结果,精度达到2.9 mm。成都平原不存在区域性沉降的构造背景,且地下水资源丰富,沉降自然诱因不明显,城市建设活动可能为沉降的人为诱因。该成果可为今后成都平原主要城市更加精细的地面沉降监测工作提供参考。     

雷达干涉测量对甘肃南峪乡滑坡灾前二维形变追溯

利用存档光学遥感影像对灾前演变情况进行分析是目前常用的方法，但往往受限于获取时间密度、云量等因素。随着雷达遥感卫星数据质量的不断提升，合成孔径雷达干涉测量（interferometric syntheticaperture radar，InSAR）技术可以为滑坡灾前形变探测提供新的技术途径。基于欧洲空间局哨兵一号（Sentinel-1）雷达卫星数据，同时结合升轨与降轨视线向形变结果提取沿坡向与垂直向二维形变，对2018年7月12日甘肃南峪乡滑坡灾前二维形变进行追溯分析。时序结果显示，该滑坡自2017年6月起便已经开始缓慢的变形，至滑坡发生前13个月时最大累积形变量达77 mm。结合降雨量数据对比分析，发现该滑坡灾前变形与降雨量变化高度吻合，说明降雨是该滑坡发生的主要诱因之一。该InSAR追溯结果展示了星载雷达干涉测量技术在滑坡探测方面的应用潜力，为滑坡诱因分析、防灾减灾乃至滑坡监测预警工作提供了新的思路与参考。     

利用光学影像相关获取2019年Ridgecrest地震序列同震形变

光学影像覆盖范围广,质量越来越高,可以应用于地表形变监测研究.文中以基于ENVI的COSI-Corr作为数据处理平台,通过光学影像获取地表形变.文中选取2019年加州Ridgecrest地震序列覆盖区域.首先,探究哨兵2号影像误差处理过程中横向条带处理方法,对其进行改进;然后,使用哨兵2号光学影像获取Ridgecrest地震序列同震形变,分析地震的地表形变情况,结果显示该次地震产生多个地表破裂,东西向呈拉伸趋势,南北向呈挤压趋势,东西向形变略小于南北向形变,两个方向形变特征表明Ridgecrest地震序列主震是一个右旋走滑地震;最后对Landsat 7和Landsat 8影像分别进行相关,将3种影像进行比较.结果表明在光学影像地表形变监测中,影像分辨率越高,效果和精度越好;同种分辨率的光学影像进行相关处理,也会有不同的结果.研究成果可以为地震反演提供形变数据和约束条件,以及为光学影像的地表形变监测提供参考.     

短重访SAR数据在矿区快速形变场的监测

针对矿区地表形变具有快速、连续、大梯度等特征,使其InSAR形变监测常出现低相干,甚至失相干等低效监测问题,该文采用21景重访周期仅为12 d的Sentinel-1A数据,利用小基线集时序InSAR技术(SBAS-InSAR),对山西省东坪煤矿2017年5月30日至2018年1月25日期间的地表形变进行了连续监测.结果表明:该监测区间快速沉陷区域有五处,沉陷总面积达3.146 km2,最大下沉值约为-57.47 mm,最大下沉速率约为-67.53 mm/a;形变场A处平均沉陷深度随时间推移呈线性增加;形变场E处工作面上方地表的沉陷响应较工作面边缘及以外更为剧烈.证明了短重访SAR数据能够准确反演地表沉陷速率和累积量,动态提取矿区快速形变场的空间分布形态和时序变化过程,为矿区地表形变动态监测和沉陷区地质灾害定量评估提供有效方法.