联合卫星SAR和地基SAR的海螺沟冰川动态变化及次生滑坡灾害监测

受全球气候变化的影响，近年来中国藏东南及横断山脉多数冰川物质持续亏损、运动速度减缓，导致泥石流、滑坡等灾害频发。为突破光学遥感受气候条件制约的瓶颈，联合卫星合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）和地基SAR两种技术手段，选取海螺沟冰川作为典型研究区域，开展时序监测分析。基于对近11 a间获取的38景PALSAR系列影像的像素偏移统计表明，海螺沟1号冰川粒雪盆和冰瀑布上沿区域整体运动最快，最大速度超过2 m/d；在海拔2 900~3 900 m的冰舌区，冰川运动趋缓，速度降至0.1~0.4 m/d；随着季节更替，海螺沟冰川运动速度呈周期性波动，积累区的夏冬两季差异为25%~35%，而冰舌段的差异则高达4倍。在年际变化方面，海螺沟1号冰川的运动速度平均减缓率为每年7.27%，消融区内减缓率高达每年15.57%。同时，使用像素偏移追踪和Stacking-InSAR（interferometric SAR）方法在海螺沟U型谷北坡探明了多处不稳定滑坡体，统计分析表明，此类滑坡运动与冰川消融具有强相关性，滑移速度于每年夏季达到峰值，2018年度最大滑移速度为南北向100 mm/d、东西向50 mm/d。进一步分析地基雷达的高频实时监测数据，确定该滑坡体的滑移速度在2018-07-09达到峰值（150 mm/d），并于随后失稳垮塌，详细展现了整个蠕变致灾过程。相关研究数据及监测结果可为冰冻圈及山地灾害研究提供参考。     

SAR成像原理与图像特征

作为InSAR系列讲座的第二篇，本文介绍InSAR的传感器——合成孔径雷达(SAR)的成像基本原理与其所获取的SAR图像特征。     

几种卫星合成孔径雷达影像配准算法的比较研究

复数影像配准是卫星合成孔径雷达干涉数据处理中的重要步骤之一,影像配准精度将直接影响干涉条纹图的质量和由此提取的高程或位移结果的精度。文中利用上海地区ERS-1/2影像数据进行实验,对比分析了三种方法的配准质量和运算效率,试验结果表明:在配准质量方面,相干系数法最高,相位差影像平均波动函数法次之;而在信噪比较低的情况下,最大频谱法的配准质量优于相位差影像平均波动函数法。在运算效率方面,相位差影像平均波动函数法的运算效率最高。     

基于全站仪及GIS软件的别墅区面积量算方法

本文针对别墅区面积量算复杂性,高精度等特点,以ＳＯＫＫＩＡ公司的全站仪ＰＯＷＥＲＳＥＴ系列ＳＥＴ２０００为例介绍了全站仪野外数据采集,编码方法及其内部数据库格式,以ＧＩＳ软件ＧｅｏＳｔａｒ为例介绍了其外部接口数据库格式,在ＧｅｏＳｔａｒ环境中图形编辑及面域拓扑关系自动生成,设计并编制了ＳＥＴ２０００与ＧｅｏＳｔａｒ数据接口程序,最大程度地实现了别墅区面积量算的自动化,通过一个实例说明该方法的有效性     

InSAR系列讲座5:InSAR系统中的误差传播

作为InSAR系列讲座的第五篇，本文介绍InSAR高程与形变测量中的误差来源，对主要误差源（干涉相位、基线参数和地形数据）推导出误差传播模型。此外，还将讨论地形数据误差对干涉形变测量的影响。     

ERS卫星雷达干涉测量:1999年台湾集集大地震震前和同震地表位移

1999年集集大地震(Mw=7.6)是20世纪以来台湾岛内最大的地震.在本研究中,5个不同时间获取的ERS-1/2卫星合成孔径雷达图像被组合,并被处理成多个差分干涉图,以此来考查与该地震相关的地表位移场.这些差分干涉图(空间分辨率为50m×50m)详细地揭示了沿台湾西海岸震中附近150km2陆地范围内的震前和同震地表形变.几个具有较长时间(2-3a)跨度的震前干涉图呈现出高度的相关性和一致性,并均显示出约1个干涉条纹,相当于沿kd 雷达视线方向的地表位移在空间尺度上呈相对总量为28.3mm的分布;而具有短时间跨度(0.5-la)的同震干涉图呈现出显著的反映地震形变的干涉条纹(9-10个条纹),相当于沿雷达视线方向的地表位移在空间尺度上呈相对总量为25.5-28.3cm的分布,这些由干涉处理所得到的形变观测结果与GPS测量结果吻合程度很高(相关系数达0.95),证实了干涉形变精度可达1cm.特别地,这些高分辨率的同震形变干涉结果可以为该地震的物理机制解释提供极好的观测数据,同时也展示了使用短波段InSAR监测长时间累积的微小震前地表位移是可能的.     

永久散射体网络建模及地表形变与大气影响分析

为了更有效、更可靠地探测地表线性和非线性形变,估计SAR成像时的大气影响,本文提出了基于优化永久散射体网络的邻域差分建模方法,详细讨论了PS组网、网络优化以及估计地表形变与大气影响等参数的数学模型与计算过程,并基于Matlab环境编程实现了这一方法.最后以上海陆家嘴地区为例,选取26幅ERS-1/2卫星SAR影像进行实验,探测出实验区在1992-2002年间的线性形变速率、非线性形变量、总的区域形变场及各成像时刻的大气影响值,与地面观测结果具有较高的一致性.实验结果表明,本文提出的PS邻域差分建模方法是可行的.相应的计算程序是可靠的.     

基于雷达干涉永久散射体网络探测地表形变的算法与实验结果

为削弱常规卫星DInSAR技术在区域地表形变探测应用中时空失相关与大气延迟的负面影响,探索和发展了基于永久散射体(PS)观测网络建模与参数稳健估计的算法并开发一套完整的计算程序,可达到分离和提取线性与非线性形变时间序列、地形数据误差与大气信号的目的。以上海市沉降场为对象,选取1992~2002年间ERS-1/2卫星所获取的26幅SAR影像为源数据,分别开展模拟和真实数据的实验,证实该算法和计算程序是有效而可靠的。     

基于改进的MF-FDOG算法和无人机影像提取黄土地区地裂缝

为解决惯用数字影像处理方法无法有效地提取我国黄土高原地区广泛存在的山体裂缝的问题,本文提出一种改进的一阶高斯差分匹配滤波(MF-FDOG)算法,以兰新高铁位于青海省海东市张家庄隧道附近的窑街矿区的地裂缝为对象开展了基于无人机影像的地裂缝提取研究。改进的MF-FDOG算法的基本策略包括:构造满足地裂缝垂直剖面曲线分布的模板和一阶高斯差分模板,并分别对无人机影像进行卷积运算,达到增强地裂缝信号的目的;对卷积运算获得的两幅影像采用线性拉伸的方式规范值的范围并做差值运算,弥补敏感度校正参数普适性不强的缺陷;再以灰度值的倒数作为权值因子,增强地裂缝响应值与背景之间的对比度;最后根据差值影像的统计直方图选择阈值提取地裂缝。研究结果表明,在监测场景具有地物分布复杂、影像纹理信息丰富和地物边缘模糊等困难特征时,改进的MF-FDOG算法仍然具有优良的地裂缝探测能力,利用该算法和无人机影像能准确地提取黄土区域的微小地裂缝信息。本文提出的地裂缝探测方法可为我国黄土地区地质灾害(如山体滑坡)监测与防治提供有效的技术支撑。     

联合GRACE和GLDAS数据的河南省地下水储量反演与时空变化分析

针对利用传统监测手段难以高效获取地下水储量观测数据的问题,基于GRACE重力卫星的大尺度水资源储量反演已成为当前水资源调查的研究热点。本文利用2012-2016年CSR机构发布的GRACE RL06月解数据,通过等效水高反演得到河南省陆地水储量时序结果,扣除由同期GLDAS水文模型计算得到的地表水储量时序数据,从而得到河南省地下水储量时序变化数据结果。经与地下水位监测井实测数据进行对比验证,相关系数显著性水平达0.01,表明本文算法流程具有较高的可靠性。进一步的统计分析结果表明,河南省北部地区的地下水储量呈亏损态势,最大变化率超过26 mm/a;河南省中部和东部地区地下水储量有一定盈余,最大变化率超过16 mm/a,相关结果数据与河南省水利局公布的全省主要地下水超采区范围吻合。本文旨在利用GRACE重力卫星数据与GLDAS水文模型反演获取河南省地下水储量空间分布差异及演变趋势,相关算法流程可为广域地下水储量调查监测提供技术支撑;研究数据可为该区域地下水资源的合理利用与保护提供参考。