时序InSAR技术的潍北平原地面沉降分析

针对潍北平原地区较为严重的地面沉降灾害,该文通过长序列地面沉降监测资料全面掌握了该地区地面沉降现状,为该地区地面沉降的预防治理提供科学依据.该文利用SBAS-InSAR技术对潍北平原地区2017年8月-2019年10月期间的Sentinel-1A数据进行了处理.基于水准测量数据对监测结果进行验证,获取了该区域的地面沉降时空分布特征,对沉降典型特征点的时序形变特征进行了分析,研究了地面沉降与地下水之间的相关性.结果表明:2017-2019年间最大沉降速率超过50(mm·a-1)的区域主要包括寿光市羊口镇、营里镇、侯镇,寒亭区大家洼镇、央子镇以及昌邑市龙池镇;地面沉降受地下水超采的影响较为显著,地面沉降漏斗与深层地下水降落漏斗分布特征基本一致.     

基于SBAS时序分析的大同地面沉降与地下水活动研究

大同盆地是汾渭盆地北端一个地面沉降较严重的区域,地下水开采是该区域地面沉降发生的一个重要原因。然而地下水活动与地面沉降在空间和时间的相关性却鲜有研究。为了掌握该地区地下水活动与地面沉降的内在联系,该文基于Envisat ASAR数据,利用短基线集(small baseline subset,SBAS)-In SAR技术对大同盆地地面沉降形变特征进行监测;同时利用地下水位监测数据,研究地面沉降中心与地下水位漏斗在空间和时间上的对应关系,定量分析2处地下水位波动与地表形变的关系。研究表明,地下水开采是大同盆地水源地地面沉降的主要原因,但并非所有的地下水位漏斗都存在地面沉降。该研究成果对指导该地区地下水开采及控制地面沉降有一定参考价值。     

利用GRACE数据进行京津冀地区地面沉降与地下水耦合分析

地下水的过量开采已导致京津冀地区出现严重的地面沉降,为了分析地下水与地面沉降之间的耦合关系,首先利用GRACE-FO数据与GLDAS数据反演出京津冀地区2016—2019年地下水变化时序;然后利用MCTSB-InSAR技术反演出该地区同时段的沉降变化时序。通过试验分别获取地下水与地面沉降的差分变化序列和变化趋势线,并引入非弹性存储系数分析地下水对地面沉降影响力的变化规律。结果表明:①当地下水迅速升高或降低时,地面沉降速率减小或增大;当地下水持续升高时,地面沉降接近停止。②沉降越严重的区域,地下水与地面沉降变化趋势的相关性越强。③由地下水变化引起沉降的能力,随沉降等级升高而变大,且该能力在不同沉降等级中随时间变化的趋势也不同。     

利用永久散射体雷达干涉技术进行太原市地面沉降监测

城市地面沉降问题日益突出,传统的水准等地面沉降监测手段成本高、效率低,在地面沉降监测技术创新上,最近发展的永久散射体雷达干涉技术（PSInSAR）具有低成本、大面积和高精度的优势。本文利用2003.08~2010.09年间的39景覆盖太原市的Envisat ASAR影像,基于斯坦福大学Andy Hooper开发的StaMPS PSInSAR方法获得该时期太原市的地面沉降速率图。研究结果表明：1）该时期内太原市存在下元、吴家堡、小店、孙家寨和刘家堡5个较为明显的沉降中心;2）老沉降中心万柏林、下元、吴家堡沉降速率趋缓,北部西张部分地区还出现反弹现象。3）原有沉降中心沉降速率的变化说明,太原市采取的“关井压采”及“引黄入晋”等措施对地面沉降的控制取得初步成效。     

利用PSInSAR技术监测北京地面沉降

地面沉降已成为大城市面临的重大灾害之一,对其进行有效监测十分必要。采用基于相位稳定性特征的PSInSAR对覆盖北京的31景TerraSAR-X数据进行干涉处理,获取了该研究区的地面沉降范围、沉降速率,并对重点沉降区域时序形变特征及成因进行分析研究。实验结果显示,2010~2013年,研究区内的平均形变速率范围为-51.49~8.15mm/yr,与精密水准测量具有较高的一致性,表明PSInSAR监测结果精度可靠,能实现对北京地区的地面沉降情况的有效监测。     

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。     

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。     

天津地区Sentinel-1A雷达影像PSInSAR地面沉降监测

利用2015-05—2016-02获取的天津地区23景哨兵-1A(Sentinel-1A)卫星IW模式影像,进行基于地面散射特性保持稳定的高相干点永久散射体干涉测量处理(PSIn SAR),获取了地面沉降速率,分析了重点沉降区域时序形变特征和成因。实验结果表明,天津地区沉降严重区域主要集中在北辰区和大寺镇,结合北辰区沉降速率图和第2、3承压含水组水位降落漏斗等值线图,分析发现地面沉降中心和地下水位漏斗大致吻合,呈现整体向东北方向偏移的趋势,得出造成地面沉降的主导因素可能为超量开采地下水的结论。     

用多时相InSAR技术研究廊坊地区地下水体积变化

利用多时相InSAR(multi-temporal InSAR,MTI)技术,以河北廊坊市城区为试验区,利用两个Track覆盖的SAR数据获取了该地区2007～2010年间的高精度地面沉降速率场。结果表明,廊坊市中心城区存在一个非常明显的沉降漏斗,其最大地面沉降速率为76.0mm/a。在此基础上,利用自由应力下的体积应变模型进行地下水体积变化反演,显示该地区的体积变化最大达到-1.15×10-4/a,整个研究区的地下水年抽取体积达554万m3。     

京津城际铁路沿线不均匀地面沉降演化特征

北京-天津（京津）城际铁路经过地面沉降漏斗边缘,其安全运营随着不均匀沉降的增加而威胁增加。采用时序干涉测量技术监测铁路沿线地表形变,结合剖面分析与时序分析方法探讨其与影响因素之间的响应特征,揭示铁路沿线不均匀地面沉降空间分布与演化特征。结果表明,梯度可以很好地体现区域地面沉降不均匀性,研究区可压缩层厚度、地下水开发利用情况、铁路运行等均与地面沉降呈现正相关关系。可压缩层的存在为沉降发生的基础条件,地下水开发利用与铁路运营为沉降产生的主导条件,二者的时空分布情况共同决定不均匀地面沉降的发展演化。     

基于PSInSAR技术的澳门地表沉降研究

PSInSAR技术为克服相位失相关和大气延迟提供可能,为提高形变监测的精度展示很好的前景。介绍利用澳门地区的数据进行地表沉降探测实验,利用29幅Envisat的SAR数据,建立时间序列差分干涉图。通过对研究区域的64 480多个PS点的计算,从2003年到2010年,该地区的平均沉降速度达到2.1mm/y,与精密水准测量具有较高的一致性。     

基于高分辨率PS-DInSAR的城郊地表沉降监测

随着城市的扩张,大型城市的郊区逐步成为新的工业生产及居民中心,为满足生产及生活用水需求,地下水被大量开采,进而导致地表沉降。目前对地表沉降的监测多集中在城市区域,城郊的地表沉降较少受到关注。本文提出使用高分辨率永久散射体（PS）雷达盖分干涉（PS-DInSAR）技术对大型城市郊区的沉降进行监测。选取某市城郊为实验区,使用覆盖该区的16幅高分辨率TerraSAR影像为数据进行PS-DIn-SAR沉降建模和解算,获取了谈区大范围的高分辨率沉降信息。谈市效区最大年沉降速度达到62mm/a（即年沉降量）,平均沉降速度为24mm/a。分析表明,该区域的不均匀沉降与地下水的开采密切相关。     

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。     

InSAR视角下准噶尔盆地农业灌溉区地表形变特征和演化规律

抽取地下水进行农业灌溉是导致地下水位快速下降的重要因素，而长期过度开采地下水往往会引发地面沉降灾害，这种现象在干旱和半干旱地区非常普遍。为了研究农业灌溉超采引发的地表形变特征和演化规律，本文以准噶尔盆地南缘、天山北麓地带为研究区域，利用SBAS-InSAR技术对2003年—2009年覆盖呼图壁县的ENVISAT/ASAR升、降轨数据进行处理，获取了该地区的地表形变场，并结合研究区的农业灌溉方式、水资源补给和季节变化等资料对地面沉降的时空变化特征进行分析，为水资源和农业可持续发展提供参考意义。实验表明，研究区内主要有两个沉降幅度较大的漏斗，且都位于农田区域。2007年以前，研究区地表没有显著形变，之后发生了较大量级的沉降。采用传统灌溉方式和时针式灌溉系统的农业区平均沉降速率最高分别可达50 mm/a和30 mm/a，前者在时间上呈线性变化，而后者具有显著的周期性变化特征。在冬季时，采用时针式灌溉系统的地区地面抬升量可达40 mm，远大于传统灌溉方式的农田区域，而夏季地面沉降速率可达200 mm/a。对研究区农业灌溉活动进行分析后发现，农业灌溉造成的地下水超采是该地区地面沉降的主要影响因素，其形变机制与季节变化具有较高的相关性，在灌溉活动休止期内地表形变取决于地下水的补给量。研究区内的形变特征和影响因素分析将为地下水资源的充分利用和农业的可持续发展提供有效的信息。     

PSInSAR方法探测意大利拉奎拉地震形变过程分析

采用双轨处理模式对8景ENVISAT降轨数据进行永久散射体(PS)时间序列处理,获得了2009年4月6日意大利拉奎拉(L’Aquila)Mw 6.3级地震区域的PS时序差分干涉图和形变场。结合Delaunay三角形剖分算法对破裂区的形变过程进行数值分析,结果表明:①本次地震变形最强烈、地表破裂发生的区域是一个地势相对较低的椭圆形洼地。破裂主要沿震中的东南方向传播,面积约22×14km2,方向约135°。②地震产生的形变量集中在破裂区,主要在震时及震后形成,位移场视线向下沉量达150mm。③破裂区位移场数值分析表明,本文提出的数据处理策略较完整地揭示了此次地震位移场变化的全过程,在8景雷达数据所跨时间段内,震前2008年4月与2009年2月两景资料显示,研究区位移场变化不明显,2009年2月至震后的2009年4月的图像显示,震中区形变场快速变化,沉降量达130mm;6～7月,形变场的沉降速度明显减缓,8月30日最后一景资料显示,沉降速度出现加速,破裂区总下沉量达150mm。     

Analysis of building deformation in landslide area using multisensor PSInSAR™ technique

Buildings are sensitive to movements caused by ground deformation. The mapping both of spatial and temporal distribution, and of the degree of building damages represents a useful tool in order to understand the landslide evolution, magnitude and stress distribution. The high spatial resolution of space-borne SAR interferometry can be used to monitor displacements related to building deformations. In particular, PSInSAR technique is used to map and monitor ground deformation with millimeter accuracy. The usefulness of the above mentioned methods was evaluated in San Fratello municipality (Sicily, Italy), which was historically affected by landslides: the most recent one occurred on 14th February 2010. PSInSAR data collected by ERS 1/2, ENVISAT, RADARSAT-1 were used to study the building deformation velocities before the 2010 landslide. The X-band sensors COSMO-SkyMed and TerraSAR-X were used in order to monitor the building deformation after this event. During 2013, after accurate field inspection on buildings and structures, damage assessment map of San Fratello were created and then compared to the building deformation velocity maps. The most interesting results were obtained by the comparison between the building deformation velocity map obtained through COSMO-SkyMed and the damage assessment map. This approach can be profitably used by local and Civil Protection Authorities to manage the post-event phase and evaluate the residual risks.     

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。     

永久散射体雷达差分干涉反演矿区时序沉降场

针对永久散射体差分干涉测量(PSIn SAR)算法流程,发展了基于周期函数模型的空间维解缠方法,并将其应用于矿区时间序列地表变形反演。通过在研究区域内安装人工角反射器(CR),将CR点上计算所得的周期模型参数分量作为整个网络的约束,通过空间约束平差以实现空间维解缠。选取了河南省境内白沙水库附近的煤矿密集区为主要研究区域,采用周期函数模型对矿区线性及非线性形变分量进行模拟,反演了2007年2月—2010年2月的时间序列形变场,并采用研究区域内的水准实测数据作为外部验证数据。实验结果表明:白沙水库周围区域存在着较为明显的沉降,在煤矿分布区域内累积最大沉降量超过了10 cm。沉降区域内以线性沉降趋势为主,非线性沉降较为缓慢,仅在水库的西南方向较为明显。应用已有的水准点实测形变值对实验结果进行验证分析,结果表明该方法精度可达约±2.1 mm,证实了本文采用的方法在矿区地表时序形变反演中的可行性和可靠性,对预防过度采矿导致的矿区塌陷具重要现实意义。     

Spatial-Correlation Based Persistent Scatterer Interferometric Study for Ground Deformation

Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR), nowadays, is a precise technique for monitoring and detecting ground deformation at a millimetric level over large areas using multi-temporal SAR images. Persistent Scatterer Interferometric SAR (PSInSAR), an advanced version of InSAR, is an effective tool for measuring ground deformation using temporally stable reference points or persistent scatterers. We have applied both PSInSAR and Small Baseline Subset (SBAS) methods, based on the spatial correlation of interferometric phase, to estimate the ground deformation and time-series analysis. In this study, we select Las Vegas, Nevada, USA as our test area to detect the ground deformation along satellite line-of-sight (LOS) during November 1992–September 2000 using 44 C-band SAR images of the European Remote Sensing (ERS-1 and ERS-2) satellites. We observe the ground displacement rate of Las Vegas is in the range of ?19 to 8 mm/year in the same period. We also cross-compare PSInSAR and SBAS using mean LOS velocity and time-series. The comparison shows a correlation coefficient of 0.9467 in the case of mean LOS velocity. Along this study, we validate the ground deformation results from the satellite with the ground water depth of Las Vegas using time-series analysis, and the InSAR measurements show similar patterns with ground water data.