基于SAR干涉点目标分析技术的城市地表形变监测

通过深入研究干涉点目标的相位模型,提出基于空间搜索的邻近点目标干涉相位差解缠方法,用以计算点目标的地形残差和线性形变,以及分离点目标大气延迟相位和非线性形变相位的时空域滤波方法,解决干涉点目标分析中的关键问题.最后,以苏州地区地表沉降监测为应用试验,利用形成的SAR干涉点目标形变信息提取技术,获取苏州市区1992-2002年间的地表沉降信息.研究结果与已有文献记录保持比较好的一致性,证明SAR干涉点目标技术完全可以发展成为应用于城市地表形变监测的实用化技术.

Abstract：

Interferometric point target analysis (IPTA) is one of the latest developments in radar interferometric processing. It is achieved by analysis of the interferometric phases of some individual point targets, which are discrete and present temporarily stable backscattering characteristics, in long temporal series of interferometric SAR images. This paper analyzes the interferometric phase model of point targets, and then addresses two key issues within IPTA process. Firstly, a spatial searching method is proposed to unwrap the interferometric phase difference between two neighboring point targets. The height residual error and linear deformation rate of each point target can then be calculated, when a global reference point with known height correction and deformation history is chosen. Secondly, a spatial-temporal filtering scheme is proposed to further separate the atmosphere phase and nonlinear deformation phase from the residual interferometric phase. Finally, an experiment of the developed IPTA methodology is conducted over Suzhou urban area. Totally 38 ERS-1/2 SAR scenes are analyzed, and the deformation information over 3 546 point targets in the time span of 1992-2002 are generated. The IPTA-derivecl deformation shows very good agreement with the published result, which demonstrates that the IPTA technique can be developed into an operational tool to map the ground subsidence over urban area.     

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。     

新疆水西沟煤田火区的动态监测

本文选取新疆水西沟矿区的3期遥感影像,使用普适性单通道算法反演地表温度,对多时相遥感数据进行归一化处理,结合密度分割最优二段分割法将水西沟矿区分为背景区、煤火较严重区和煤火严重区3个类别。通过对遥感影像的地表热异常信息进行定量研究,表明水西沟矿区3个相互独立的子火区已有合并的趋势,火区面积由1990年6.12万m2增至2011年12.42万m2,增幅为2.03倍,灾情恶化速度明显加快。     

基于Landsat-8 TIRS数据进行煤田火区识别和监测

Landsat-8 TIRS数据第10波段和第11波段是热红外波段,两个波段数据空间分辨率是100 m。本文选取乌鲁木齐大泉湖煤田火区进行了实验,分别获取了2015年5月和2017年5月大泉湖煤田火区两期遥感影像,采用辐射传输方程方法进行了温度反演。对反演温度数据进行密度分割,提取了乌鲁木齐大泉湖煤田火区范围,并和经过物探方法确定的火区范围进行了叠加,矢量范围重合度达83%。结果显示,基于Landsat-8 TIRS数据煤田火区识别方法可行,对于煤田火区识别和监测将是一种重要的方法。     

基于ALOS PALSAR数据进行雷达差分干涉提取玉树地震同震地表形变场

本文针对2010年4月14日玉树地震引起的地表形变,使用日本ALOS卫星PALSAR L波段雷达影像数据,应用两轨雷达差分干涉(DInSAR)处理得到了以玉树为中心11 000km2范围内的同震形变场,空间分辨率为8m,并在此基础上对玉树地震的震源机制和发震机理进行了分析。研究结果表明L波段雷达数据适合在地形起伏较大的地区进行DInSAR形变探测。该同震形变场信息可为玉树地震的同震形变反演提供参考数据。该研究进一步证实DInSAR技术在大规模地表形变探测和地学研究领域具有广阔的应用前景。     

TM图像在新疆台北山煤田火区动态监测中的应用

本文以实测的煤田火区地物波谱数据为依据，对用于煤田火区各地物解译的遥感信息源－ＴＭ图像的最佳时相选择，最佳波段组合煤田火区地物在ＴＭ图像上的影像特征进行了探讨。采用多时相ＴＭ图像对新疆奇台北山煤田火区进行动态监测及火情预测的成果进行了叙述，该勘查研究成果对指导该煤田火区灭火工程设计及后期防火管理的有较大实用价值。     

应用合成孔径雷达干涉技术监测矿区地表形变

由于雷达具有全天候和穿透性等特点，促使干涉合成孔径雷达和差分干涉合成孔径雷达测量技术成为当前研究的热点。本文介绍SAR系统的几何特征及其干涉原理，着重探讨差分干涉雷达技术在矿区地表形变监测中的应用。     

青海玉树地震差分干涉雷达同震形变测量

2010-04-14青海玉树发生7.1级地震后,作者利用震前和震后获取的日本ALOS卫星PALSAR遥感数据,开展了差分干涉雷达(D-InSAR)地震同震形变测量与分析。结果表明:玉树地震引起较大范围地表变形,地震变形沿玉树—甘孜断裂带向南东东方向扩展,在N33.7°,E96.81°附近达到最大形变量,D-InSAR监测到雷达视向上的最大形变量为35cm。地表形变特征对于评价玉树地震破坏程度、推断断层性质、研究地震形变和地震孕育特征具有重要的参考价值。     

利用D-InSAR技术监测盐城地区地表形变

利用Envisat获取的盐城地区2004年1月-2009年5月的6景SAR数据,通过合成孔径雷达差分干涉测量技术处理,得到了2004年1月-2005年1月、2005年6月-2005年11月和2008年12月-2009年5月盐城市地表形变场.研究结果表明,盐城主城区在2004年1月到2005年1月之间整体沉降量相对较小,仅存在一个平均沉降量为-5mm左右的沉降小漏斗,不存在较大的沉降漏斗;在2005年6月到2005年11月之间沉降中心有所转移,出现了两个新的区域性沉降区域,最大沉降量可达-39.4mm;2008年12月到2009年5月之间,盐城主城区区域性沉降区域的范围有所减小,但出现了新的沉降漏斗,平均沉降量可达-12mm.沉降量的加大与盐城市地下水的过度开采有关.     

基于序列差分干涉纹图的地表形变速率提取

介绍了一种基于序列差分干涉纹图的地表形变速率提取算法。该算法根据空间离散分布的相干目标，利用Delaunay三角网构成相位解缠网络，应用最小费用流算法完成相位解缠； 根据序列差分干涉相位，利用线性模型解算相干目标形变速率，进而抑制大气波动对形变信号的影响。以廊坊地区2004~2005年ASAR数据为例，获取了该地区地表沉降线性速率及其演变状况。     

高速公路采空区变形监测浅析

对焦（作）－晋（城）高速公路采空区监测的技术方法进行介绍，并对监测数据、产生变形及突变原因作深入分析，从而说明在高速公路建设中变形监测的意义。     

地基干涉雷达IBIS-S桥梁动态形变监测研究

气象扰动对地基合成孔径雷达干涉测量技术的测量精度影响较大,选取合适的气象改正方法关系到测量结果的精度和可靠性。分析了常用的地基合成孔径雷达气象改正模型及方法,提出了一种利用永久散射体（permanent scatterers, PS）气象改正网的全场景气象改正方法,并将该技术应用到施工期的高危边坡监测实验中。结果表明,该方法可有效削弱气象影响,提高测量精度,准确探测出高危边坡中的不稳定区域。通过与传统选点气象改正的改正结果和测量机器人测量结果的比较分析,证明该方法可有效应用于高危边坡变形监测中,在复杂环境下气象影响可控制在亚mm级。     

InSAR技术在沂沭断裂带地表形变监测中的应用研究

针对常规大地测量监测沂沭断裂带地表形变结果无法全面反演该区域构造应力场的局限性,尝试采用PS和SBAS两种In SAR时序分析技术对该区域地表形变进行监测。首先对SBAS-In SAR技术的原理进行详细推导和分析;在此基础上,对覆盖研究区的14景ENVISAT-ASAR数据采用PS-In SAR和SBAS-InSAR技术进行处理,分别提取了该区域地表年平均形变速率图;通过与水准监测数据的对比分析发现:InSAR时序分析方法在大范围、持续缓慢断裂带地表形变监测中能够获取与精密水准监测一致的形变趋势,且SBAS-In SAR技术在数据量较少情况下能获得更好的监测效果。这表明In SAR时序分析技术可以作为断裂带微小地表形变监测的有效手段。     

地下采矿试验模型变形监测研究

结合某矿区地下采矿引起岩层移动建立的试验模型,讨论了通过近景摄影测量手段对模型开挖中的变形情况进行监测的方法,并通过分析得出了一些有益的结论。     

Efficient Interpolation of SAR Images for Coregistration in SAR Interferometry

An efficient polynomial interpolation method is proposed to reduce the computational burden of the coregistration of synthetic aperture radar images in interferometric processing. The method can be viewed as an application of the Farrow interpolator technique and requires a series of 2-D fast Fourier transforms (FFTs). Mainly, it has two advantages relative to the usual coregistration procedure. First, it does not require to compute or store in memory any kernel sample. Second, it involves less floating-point operations than the conventional coregistration, with a clear advantage if the image needs to be oversampled. The efficiency of the method is based on the fact that the complexity of one 2-D FFT is much smaller than the complexity of one spatial convolution. These advantages are demonstrated by both analyzing the interpolation procedure itself and by defining an efficient code implementation.     

合成孔径雷达技术在变形监测中的应用分析

从InSAR技术的测量原理出发阐述了合成孔径雷达在变形监测应用中的优势及技术难点。在此基础上将其与其他几种变形监测方法进行对比分析进而对SAR技术的应用进行了展望。     

PS-InSAR技术对上海高架路的沉降监测与归因分析

上海市高架道路是上海市重大基础设施工程之一,跨越11个行政区,打通了城市交通脉络。为保证其安全运营和可持续发展,利用高分辨率永久散射体雷达干涉测量技术对高架路进行沉降监测,沉降结果与同期水准数据基本保持一致,最大误差不超过3 mm/a。进一步联合高架路的结构特性、运营车辆的动荷载情况、高架路施工进程,分析了提取的高架路沉降的空间分布情况以及时间演化行为。多因素的归因分析结果表明,上海市高架道路沉降格局与周边区域地面沉降密切相关,同时与高架道路自身荷载和运营车辆动荷载、高架道路建成时间有关。     

时序SAR幅相联合加权融合方法监测矿区形变

针对煤炭资源的井下高强度开采引起的地表形变问题,开展矿区地表形变的精细监测对于指导矿区生产建设和生态修复具有重要意义.提出一种基于时间序列SAR影像差分干涉信息相位叠加和首末两幅SAR影像强度信息Pixel-tracking技术获取大量级形变信息相结合的加权融合方法,对河北省峰峰矿区万年矿开采工作面进行精细监测,结合现...     

地表形变监测的改进相干目标法

如何从雷达干涉时间序列影像中获取更全面的相干目标集合,进行变形时间序列分析是当前研究的难点和热点。本文提出了改进的相干目标法,可获取更为全面且可信度高的相干目标集合,进而提高地表形变监测的时空分辨率和精度。根据雷达影像中同类型地物散射分布相近的特点,采用非参数同分布检验算法提取后向散射特性相近的同质点开展空间非局部滤波,提高干涉图的质量。与此同时,利用多尺度的极大似然条纹频率估计算法分离差分干涉图中的系统性相位,并基于同质点进行自适应相干性估计,获取相干性的平稳估计量,从而获取更多的相干点目标。利用20景TerraSAR-X条带模式时间序列影像,分别利用传统的及改进后的相干目标法对香港填海区域地表形变信息进行时序分析。对试验数据的分析结果表明,本文提出的改进方法在具有稀疏植被的填海区可有效增加相干目标点的提取,得到更为可信的沉降结果。     

城市地表形变的双极化Sentinel-1数据极化时序InSAR技术监测

利用双极化Sentinel-1数据有望得到较单极化数据更好的城市地表形变监测结果。以典型受地表沉降灾害影响的两座超大城市（墨西哥的墨西哥城和中国北京市）为研究区,分别基于长时序单、双极化Sentinel-1数据,利用时序合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar, InSAR）技术和极化时序InSAR技术对两城市近年地表形变进行监测研究。结果表明,利用双极化Sentinel-1数据对干涉图进行极化优化后,干涉图相位质量得到提升,高质量像元比例明显增加。使用双极化数据后,形变监测点密度有显著提升,相比于单极化数据结果,墨西哥城和北京市监测点密度分别提升88%和50%;更高的监测点密度使部分区域双极化数据反演地表形变的准确性更高。与单极化Sentinel-1数据相比,利用双极化Sentinel-1数据进行城市地表形变监测可得到监测点密度更高、可靠性更好的结果。