InSAR技术在矿区沉降监测中的应用研究

介绍了应用InSAR技术监测矿区地表沉降以及地下开采活动的原理;利用重轨差分InSAR技术获得了峰峰矿区地表ENVISAT和JERS 1的雷达形变干涉相位图;分析了在矿区地表沉降过程中ENVISATC波段和JERS 1 L波段形变干涉相位图的相干特性、相位特性以及干涉测量技术在矿区地表沉降监测中应用的可行性和局限性。实验结果表明,利用C波段和L波段雷达数据可以实施对矿区地表沉降的监测,但是C波段雷达受到空间干涉基线的限制更加严格,如果要实现对矿区地表沉降的监测,需要充分利用每个卫星回访时期的雷达数据,建立长时序的星载雷达形变干涉相位图序列,才能较好地实现矿区地表沉降监测。     

基于PALSAR数据的青藏高原冻土形变检测方法研究

季节性冻胀和融沉导致的地面形变是青藏高原冻土区建设施工与维护的主要问题。对冻融造成的形变进行有效监测是青藏铁 路建设与维护的前提。差分干涉测量技术是地表形变监测的重要手段之一,PALSAR（L波段的合成孔径雷达）数据在非城市区域具 有较高的相关性,适合青藏高原冻土区的地表形变监测。本文选用4景覆盖研究区域的PALSAR数据,研究利用该数据进行冻土形变 检测的方法,并对其检测结果进行了分析。结果表明,该方法与水准测量方法有较好的一致性。     

基于时序Sentinel-1数据的锦屏水电站左岸边坡形变探测与特征分析

水电站库岸边坡的稳定性监测是保障大坝安全运行的重要基础性工作,而形变探测是实现边坡稳定性监测的主要途径。星载合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture Radar,In SAR)技术因其具有观测精度高,可全天候全天时工作的特点,已成为一种重要的形变监测手段。本文采用小基线集时序In SAR技术处理了56景C波段Sentinel-1影像,提取了雅砻江流域锦屏一级水电站库区左岸边坡的形变特征信息。结果表明,锦屏一级水电站上游距离大坝约1. 5 km处左岸边坡上存在一处表面积超过75万m2的大型滑坡体,2015—2018年间最大视线向形变速率超过200 mm/a。形变区主要集中在该岸坡中上部,观测时间段内视线向最大累积形变量超过500 mm,其形变时间序列无明显周期性,基本呈线性滑动趋势。采用同样的方法,对2006—2011年间获取的22景L波段ALOS-PALSAR存档数据进行处理,结果显示在大坝蓄水前,该坡体基本保持稳定。由此推断,库区蓄水造成的大幅水位上升很可能是诱发该滑坡复活的主要因素。     

基于差分雷达干涉测量的矿区地面沉降监测研究

收集了1992年12月至1998年6月JERS-1L波段雷达数据,利用差分雷达干涉测量技术进行地面沉降监测研究。通过"二轨法"进行差分处理,选择其中的6景差分雷达干涉图进行分析。在研究区内发现了4个沉降区域,并按照时间序列通过对地面形变图进行分析,获取其中两个沉降区最大的垂直沉降量。     

L波段差分干涉SAR卫星基础形变产品分类

L波段差分干涉SAR卫星(陆探一号,LT-1)是我国第1组以干涉为核心任务的L频段全极化民用SAR卫星星座,LT-1由1型2星组成,利用差分形变测量技术完成指定区域的形变监测任务。本文综合研究了我国形变监测需求以及卫星观测能力,提出了基础形变产品的3个层次。第1层次为形变场产品,是使用同一地区两景检校的单视复数(single look complex, SLC)影像进行差分干涉生产的。第2层次为形变速率场产品,是使用同一地区多景检校的SLC影像,通过对其形变场产品进行加权堆叠生产的。第3层次为形变时序产品,是使用同一地区多景检校产品,通过时序建模生产的。本文以覆盖山西省大同市云冈区的Sentinel-1数据为例,对形变产品进行了研究分析,并对产品的特性和结果进行了初步说明。本文提出的形变产品体系能够为产品的业务化生产提供参考。     

雷达技术支持下的福州市地铁沿线形变监测

近年来,由于地铁等地下工程大规模的建设产生了严重的地表沉降,从而诱发许多地质灾害,严重阻碍了中国城市化进程。因此,采用高精度雷达监测技术,对城市地质灾害监测及风险评估具有重要意义。本文利用SBAS-InSAR技术,基于24景X波段TerraSAR数据和32景C波段Sentinel-1数据,时间跨度分别为2013年7月至2015年8月、2015年7月至2018年2月,对地铁建设完成后的福州市区地表沉降进行长时间系列形变监测。监测结果表明,研究区域内的最大沉降速率为-12 mm/a,在整个观测周期内发现了8个沉降漏斗。并对这些区域进行进一步的时间序列分析,其中有3个区域呈现出地质灾害初期的特征,并且地表沉降存在进一步加剧的可能。     

多时相Sentinel-1A InSAR的连盐高铁沉降监测分析

多时相InSAR技术具有探测大范围毫米级地表形变的能力,已被广泛应用于地面沉降监测.近几年,应用多时相InSAR技术监测以高铁为代表的大尺度人造线状地物形变备受关注.本文将C波段SAR数据用于高铁沿线路基形变监测,应用相位稳定性分析和改进的StaMPS技术来增加相干性点的密度和形变参数解算的稳定性.采用研究区时间跨度为21个月的47景Sentinel-1A数据,对连(云港)盐(城)高铁及其沿线区域进行多时相InSAR分析,并利用同时期连续的北斗导航卫星系统(BeiDou navigation satellite system,BDS)观测数据对线性沉降速率和时序位移分别进行监测分析,进而对比验证二者的沉降监测结果.研究结果表明:利用C波段的Sentinel-1A数据能够获取毫米级的线性形变速率和时序位移序列,InSAR与BDS二者平均时序位移均方根误差为3.8 mm,与BDS监测结果相比取得很好的一致性,且连盐高铁线路整体表现稳定.     

利用稀少卫星影像控制点生产1:10 000 DOM——以阿拉善盟测区为例

青藏铁路沿线地表受多年冻土的影响会产生抬升和沉降,形变监测对于其安全运行至关重要。本文采用41景C波段Sentinel-1A升轨数据,结合均匀网格划分子区域的方法,探测分布相对均匀的永久散射体,以作为SBAS InSAR技术的地面控制点,对青藏线羊八井站至乌玛塘站段铁路及其沿线地表进行形变监测。试验结果表明,该段铁路年形变速率范围为-8~2 mm/a,该区域形变受周围冻土的影响随季节呈周期性变化;SBAS InSAR技术和本文的PS-SBAS InSAR技术在同名点形变趋势与形变程度方面的对比结果保持一致性,进一步说明了本文方法的可靠性。     

利用ALOS数据获取汶川MS8.0地震的震前形变

利用合成孔径雷达干涉测量的短基线技术对汶川震前的地表形变进行面状监测。获取的是日本卫星L波段的ALOS PALSAR传感器拍摄的卫星数据。在Gamma软件处理下,将2007年6月至2008年5月的时隔320 d的6景数据,利用stacking技术得到汶川震中地区在震前一年内的变形速率。变形特征表明,沿着汶茂断裂带呈“凸”字形分布特征,断裂带处最大隆升值达24 cm,断层两侧出现下降的趋势,在绵虒镇附近达到最大沉降值22 cm。与前人用D-InSAR所做出的研究结果相比,二者具有很好的一致性。     

基于Sentinel-1A数据的地表形变监测

提取滑坡形变数据、分析形变趋势对地质灾害防治工作具有指导意义.合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)具有全天候、全天时精确获取地表形变数据的能力,是当前形变监测的重要手段.分别利用DInSAR和SBAS-InSAR技术处理了22景哨兵一号(Sentinel-1)C波段数据,得到了四川省安州区高川乡大光包滑坡2018年3月-2020年2月的形变数据特征.结果表明,大光包滑坡点共有3个相对明显的形变区域;近两年的平均形变速率最高不超过100 mm/a,其形变时间序列随降雨量变化具有周期性;总体地表形变趋于稳定,周边地区中小型地震的发生没有造成地质灾害隐患.     

PALSAR和ASARPSI显著地表沉降探测与分析

永久散射体雷达干涉(PSI)已被广泛应用于城市缓慢沉降监测,但针对显著性地表沉降监测及PSI适用性的探讨较少。本文选取天津市与廊坊市城郊结合部的典型工业化城镇为研究区,分别以2007至2010年间的23幅L波段(23.6 cm)ALOS PALSAR影像和2007至2009年间的23幅C波段(5.6 cm)ENVISAT ASAR影像为数据源,使用基于相位空间相关性分析的PSI方法进行时空沉降提取,并对两个平台的结果进行对比分析和交叉验证。在此基础上,结合长短波SAR对沉降敏感性不同的特征探讨该PSI方法应用于显著沉降解算的可靠性,并结合地质条件及地下水开采信息对实验区沉降的时空分布进行深入分析和解释。研究表明,两平台的沉降结果十分吻合,在沉降漏斗区二者均方根误差(RMSE)为6.5 mm/a;实验区地表沉降呈现出显著的非均匀性,最大沉降速率超过200 mm/a,造成严重沉降的主要原因为地下水的大量开采;证实了PSI方法在显著地表沉降监测方面的有效性和可靠性。     

Mapping impervious surfaces with the integrated use of Landsat Thematic Mapper and radar data: A case study in an urban–rural landscape in the Brazilian Amazon

This research explored the integrated use of Landsat Thematic Mapper (TM) and radar (i.e., ALOS PALSAR L-band and RADARSAT-2 C-band) data for mapping impervious surface distribution to examine the roles of radar data with different spatial resolutions and wavelengths. The wavelet-merging technique was used to merge TM and radar data to generate a new dataset. A constrained least-squares solution was used to unmix TM multispectral data and multisensor fusion images to four fraction images (high-albedo, low-albedo, vegetation, and soil). The impervious surface image was then extracted from the high-albedo and low-albedo fraction images. QuickBird imagery was used to develop an impervious surface image for use as reference data to evaluate the results from TM and fusion images. This research indicated that increasing spatial resolution by multisensor fusion improved spatial patterns of impervious surface distribution, but cannot significantly improve the statistical area accuracy. This research also indicated that the fusion image with 10-m spatial resolution was suitable for mapping impervious surface spatial distribution, but TM multispectral image with 30 m was too coarse in a complex urban–rural landscape. On the other hand, this research showed that no significant difference in improving impervious surface mapping performance by using either PALSAR L-band or RADARSAT C-band data with the same spatial resolution when they were used for multi-sensor fusion with the wavelet-based method.     

融合D-InSAR与GIS技术的矿区开采沉陷形变监测及预测方法

针对合成孔径雷达差分干涉测量（D-InSAR）技术能监测大范围地表形变信息，但单一的D-InSAR技术不能精确分析沉降分布的范围和位置的问题，本文以淮北袁店二矿为例，首先选择2015年4—5月2景C波段Radarsat-2和7—12月6景Sentinel-1卫星影像数据作为干涉影像数据构成6个干涉影像对，通过二轨法对其进行差分干涉处理和相位解缠提取干涉形变图；然后将D-InSAR差分干涉图与开采平面、开采计划图导入ArcGIS进行叠加，分析矿区开采沉陷区域的空间动态分布位置并进行定量分析；最后采用灰色理论模型进行预测。结果表明：D-InSAR叠加分析图能反映出在煤炭开采过程中沉降区域位置和分布范围；D-InSAR预测值与实测值最大相对误差和方差比分别为11.5%和0.097。     

结合SBAS技术的鲁西南地区地面沉降监测

利用2016年8月—2017年8月的14景Sentinel-1雷达影像，采用小基线集（SBAS）技术，提取了鲁西南地区地面沉降信息，并结合公路和铁路等专题数据开展了沉降影响分析。研究结果表明：鲁西南地区地面沉降严重且覆盖范围较大，最大沉降漏斗位于郓城县主城区，沉降速率达-134.06 mm/a；同时地面沉降对铁路有一定影响，特别对公路影响较大；并与水准测量数据进行对比，验证了SBAS用于沉降监测的准确性和时效性。     

时序InSAR监测京雄城际铁路河北段地面沉降

本文以京雄城际铁路河北段固安站至雄安站沿线作为研究区,利用2018—2020年共34景Sentinel-1B影像,基于小基线集雷达干涉测量技术(SBAS-InSAR)获取京雄城际铁路河北段沿线的地面沉降时空分布信息,结合空间自相关分析方法,揭示研究区地面沉降的空间分布格局,并对沉降原因进行初步分析。研究结果表明,京雄城际铁路河北段沿线地面沉降发展由北向南存在一定的差异。北部年均沉降速率小于10 mm/a,南部沉降较为严重,最大年均沉降速率达-105.6 mm/a,且沿线西部年均沉降速率高于东部区域。通过分析影响因素得知,地面沉降量与地下水埋深值存在相关性,地下水埋深高的地区地面沉降量较高。同时结合研究区土地利用变化结果发现,城市化建设所产生的静载荷对京雄城际铁路沿线的地面沉降产生一定的影响。     

尼泊尔Mw7.8地震对珠峰区域内冰川形变及流速的影响

本文以L波段的ALOS PALSAR-2数据为基础,采用长时间序列InSAR技术对2014年9月至2019年8月的青藏高原区域进行动态监测,结合偏移量追踪法获取部分冰川在尼泊尔地震前后分别在距离向、方位向和水平方向的冰川流速分布结果。结果表明:在监测时段内,研究区普遍存在沉降现象,仅在个别年份出现小幅度的抬升,研究区最大年平均形变速率可达-203.1 mm/a,认为此次地震对研究区的时序观测结果的波动有特殊影响;在研究时期内部分冰川流速在地震后的相当长的一段时间内大幅度增加,最大速度可达2.645 m/d,认为地震是导致冰川流速急剧增加的原因之一。     

利用新型C波段雷达卫星研究南伊内里切克冰川运动特征

利用新型C波段Sentinel-1卫星获取的2015年2月至2017年2月期间的影像数据，研究分析了天山中部南伊内里切克冰川不同时段的运动特征。利用偏移量追踪技术计算不同时间段冰川位移，首先采用三步配准的方法进行主辅影像高精度整体配准，然后基于归一化互相关（normalized cross correlation，NCC）算法通过调整窗口参数精确估算局部偏移量，进一步分离得到冰川移动信息。监测结果表明:（1）在空间分布上，狭长的冰舌区是冰川主要的高速流动区域，冰舌区底部流速小于上部，两侧流速小于中间，末端流速明显减缓。（2）在季节变化上，冰川运动速率与温度变化趋势一致，在5月至8月期间运动速率最快，沿剖面线的最高速率达49 cm/d；在11月至次年2月期间运动最为缓慢，速率为25~30 cm/d左右。（3）在年度变化上，2015年夏季的运动速率比2016年整体高约1~3 cm/d，其他季节则没有明显差异。与高分辨率L波段PALSAR-2影像的监测结果进行定量对比分析时，将冰舌区的像元进行抽稀后统计，得到两种数据获取的运动速率之差的均值为3.48 cm/d，标准差为±3.78 cm/d，证实了南伊内里切克冰川运动监测结果的可靠性。     

Mapping land subsidence over the eastern Beijing city using satellite radar interferometry*

Beijing City has suffered from groundwater-induced subsidence since the late 1930s and the over-exploration of groundwater could lead to subsidence as much as ?12.0 cm?yr^?1. Previous studies on the ground deformation at Beijing City mainly focused on the period before the year of 2014 when a mega-engineering project was launched to reduce water shortage in Beijing. To study the most recent ground deformation, 19 L-band ALOS-1 PALSAR images (June 2007–January 2011), 24 C-band Sentinel-1 SAR images (June 2015–November 2016) together with 9 ALOS-2 PALSAR acquisitions (September 2014–February 2017) were analysed in this work. Levelling measurements were exploited to verify the ALOS-1-based time series InSAR (TS-InSAR) result while Sentinel-1 and ALOS-2 result were cross-verified with each other. Furthermore, the whole study area was divided into four sub-zones, and the result indicated that the subsidence rates over five townships, Cuigezhuan, Jinzhan, Liyuan, Songzhuang and Yanjiao were accelerating and more attentions should be paid. On the contrary, the town centre of Douge Zhuang township experienced a decreasing trend between these two temporal-periods. Additionally, the time series measurements with respect to five selected measurement points and the profile line along the subsidence hot spots were analysed.     

Sentinel-1和SBAS-InSAR分析钻井水溶岩盐矿山时序沉降

利用小基线集(SBAS)InSAR技术对钻井水溶岩盐矿山地表沉降开展时空分析。实验选取湖南常德某典型钻井水溶岩盐矿区为测试区,时间跨度为2016年2月—2017年2月的21景Sentinel-1影像数据,获取了测区的时序沉降序列。实验结果显示,矿区地表大量级沉降在2016年9月才开始呈现,沉降漏斗横向出现多峰值,矿区沉降整体空间分布上出现西南部整体片状、中部偏北离散带状沉降。这些沉降特征均与钻井水溶法开采特征保持一致。将实地水准测量形变数据和DInSAR形变结果与本文结果进行对比以评估结果可靠性。结果表明,SBAS技术获取结果与水准结果表现出较高一致性,从而为钻井水溶岩盐矿山地表沉降提供了一种更为有效的监测手段,也可为此类矿山地表形变时空演化规律分析提供参考。