基于SBAS的矿区形变监测研究

由于使用的SAR图像较少,缺乏多余观测,传统的DInSAR测得的形变可靠性较差.此外,受InSAR观测周期以及空间和时间基线的限制,多数情况下很难将离散的DInSAR观测连接起来,获得时间上连续的沉降场,从而揭示研究区域的沉降演化情况.运用小基线集(SBAS)技术,通过虚拟观测值的方法,对DInSAR获取的相位进行后处...     

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。     

一种顾及永久散射体的SBAS InSAR时序地表沉降提取方法

提出了一种顾及永久散射体的SBAS InSAR时序地表形变提取方法。通过设置相干性、振幅离差指数、形变速率3阈值提取稳定的永久散射体,将其作为地面控制点引入SBAS InSAR处理流程,完成对地表形变的提取,并以郑州地区为例进行试验。获取了郑州市区2016年11月至2017年11月的地表沉降速率和时序地表沉降量,通过与PS InSAR、SBAS InSAR处理结果及水准测量进行对比,说明了该方法的可靠性。     

永久散射体与短基线雷达干涉测量在城市地表形变中的应用

在介绍永久散射体与短基线集雷达干涉测量方法的基础上,以辽宁省盘锦市为例,运用两种方法研究了其市区地表形变特征。对比升降轨永久散射体方法与短基线方法所得到的形变平均速率和时序分析可知,两种方法所得的研究区域的地表形变趋势较为可靠,且以垂直沉降为主,新城区是最大沉降区域,最大下沉速率达20 mm/a,其他区域较为稳定。     

短基线集形变模型反演的正则化解算方法

针对短基线集形变模型反演中法方程系数矩阵呈病态的问题,提出一种正则化稳健解算方法。该方法基于Tikhonov正则化理论,将形变速率求解问题转化为极小化问题,根据L-曲线法选取正则化参数,考虑最小二乘残差各个分量间的关系选取正则化矩阵,实现短基线集形变模型反演的稳健解算。分别采用LS法、岭估计法和Tikhonov正则化法对覆盖北京地区的29景ENVISAT ASAR数据进行处理,反演出研究区沉降速率图。通过对代表不同沉降情况的21个点的均方误差值和时间相干值、整个研究区的均方误差图等的对比分析,表明本文提出的短基线集形变模型反演的正则化稳健解算方法可获取更可靠的形变监测结果。     

利用时序PS-InSAR监测青藏高原冻土区地表形变

多年冻土及其活动层的变化对研究全球气候变化和生物多样性具有重要意义.传统的冻土测量方法通常只针对特定地点,空间覆盖范围有限,尤其是青藏高原冻土.本文采用C波段Sentinel-1A IW模式数据并结合一种顾及永久散射体的小基线SAR干涉(SBAS)技术,对青藏高原沱沱河地区地面形变和冻融过程进行了研究.探测到的地面位移...     

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.     

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。     

InSAR变形监测方法与研究进展

变形监测是星载InSAR技术应用最为成熟的领域之一。本文首先介绍了InSAR变形监测的基本原理和卫星数据来源;然后对InSAR变形监测方法进行了系统性的分类,分析了D-InSAR、PSInSAR、SBAS-InSAR、DS-InSAR和MAI等方法的技术特点和适用范围;进而从应用的角度分析了InSAR技术在城市、矿山、地震、火山、基础设施、冰川、冻土和滑坡等领域的研究现状和不足之处;最后总结出InSAR变形监测在多维形变和低相干区测量、大气和轨道误差去除和精度评定等方面的前沿问题。     

有偏迭代估计在短基线集形变模型中的应用

进行SBAS技术时,选择的干涉对一般会出现一景影像和其他几景影像干涉的现象,导致构建的线性形变模型病态。在这种情况下,最小二乘法求解SBAS线性形变模型已不太适合。针对这一问题,本文结合Liu估计的有偏迭代法在求解病态线性模型时能够克服病态性对结果的影响,提出将此方法应用到求解SBAS线性形变模型中。以覆盖济宁地区的13景ENVISAT ASAR数据展开了SBAS技术在城市地面沉降监测中的应用实验,分别利用LS法、基于Liu估计的有偏迭代法解算形变模型。结果表明,基于Liu估计的有偏迭代法获得研究区的年平均沉降速率标准差比LS法获得的低1.4,且其求解的结果相较于LS法获得的结果更准确、稳定。     

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。     

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。     

Monitoring ground surface deformation over the North China Plain using coherent ALOS PALSAR differential interferograms

North China Plain (Huabei Plain) is one of the most densely populated regions on earth. Due to excessive underground water extraction, the North China Plain has been experiencing severe ground deformation over the last three decades. Therefore, for the purpose of hazard mitigation, it is necessary to monitor the ground displacement occurred in this region. As an extension of the differential radar interferometry (DInSAR) technique, advanced DInSAR techniques involving multiple images have demonstrated the potential to effectively map ground displacement. Such techniques are able to measure the temporal evolution of ground deformation with millimetre-level accuracy by using a stack of differential interferograms. In this study, the ALOS PALSAR data acquired over the North China Plain, which cover an area of approximately 16,000 km $^2$ , were processed based on the concept of advanced DInSAR techniques. Because of the large size of the PALSAR images, a targeted processing strategy was designed. This strategy is able to reduce required disk storage space and I/O operations, leading to the improvement of the computational efficiency. The resulting mean deformation velocity map demonstrates that a large portion of the area covered by the data was affected by various degrees of ground deformation between January 2007 and April 2010. The ground deformation is mostly distributed in rural areas, while the downtown areas are generally stable.     

普宁市地面沉降的SBAS技术监测应用研究

InSAR(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术是随着合成孔径雷达发展起来的一种雷达干涉测量新技术,它可获得地表目标点的精确三维空间位置以及细微形变信息。基于雷达干涉测量发展的短基线(Small BAseline Subset,SBAS)干涉测量,可对缓慢地表形变进行高精度的监测。本文以广东省普宁市为实验区,选用2007~2010年间共10景ALOS/PALSAR数据,采用SBAS技术获取了该地区的形变时间序列和平均沉降速率,结果表明普宁市区存在多个严重的沉降漏斗,年最大沉降速率达15cm/a。利用观测时段内两期的水准点观测资料对SBAS时序结果进行验证,对比结果发现两者较差最大为46mm,最小为21mm,表明SBAS技术进行地面沉降监测的可靠性和有效性。     

二轨法DInSAR技术监测城市地表沉降

合成孔径雷达差分干涉测量技术是新近发展起来的用于监测大范围地表形变的新技术,具有精度高、监测范围广等特点。文中深入分析DInSAR技术的基本原理,通过实验成功获取西安市中心城区相隔9个月的地面沉降结果,与常规方法获取的沉降图对比,发现二者具有高度的一致性,从而证明利用DInSAR技术监测城市地面沉降具有良好的应用前景。     

InSAR to support sustainable urbanization over compacting aquifers: The case of Toluca Valley,Mexico

This paper illustrates how InSAR alone can be used to delineate potential ground fractures related to aquifer system compaction. An InSAR-derived ground fracturing map of the Toluca Valley, Mexico, is produced and validated through a field campaign. The results are of great interest to support sustainable urbanization and show that InSAR processing of open-access Synthetic Aperture Radar (SAR) data from the Sentinel-1 satellites can lead to reliable and cost-effective products directly usable by cities to help decision-making.The Toluca Valley Aquifer (TVA) sustains the water needs of two million inhabitants living within the valley, a growing industry, an intensively irrigated agricultural area, and 38% of the water needs of the megalopolis of Mexico City, located 40 km east of the valley. Ensuring water sustainability, infrastructure integrity, along with supporting the important economic and demographic growth of the region, is a major challenge for water managers and urban developers. This paper presents a long-term analysis of ground fracturing by interpreting 13 years of InSAR-derived ground displacement measurements. Small Baseline Subset (SBAS) and Persistent Scatterer Interferometry (PSI) techniques are applied over three SAR datasets totalling 93 acquisitions from Envisat, Radarsat-2, and Sentinel-1A satellites and covering the period from 2003 to 2016.From 2003 to 2016, groundwater level declines of up to 1.6 m/yr, land subsidence up to 77 mm/yr, and major infrastructure damages are observed. Groundwater level data show highly variable seasonal responses according to their connectivity to recharge areas. However, the trend of groundwater levels consistently range from −0.5 to −1.5 m/yr regardless of the well location and depth. By analysing the horizontal gradients of vertical land subsidence, we provide a potential ground fracture map to assist in future urban development planning in the Toluca Valley.     

基于SBAS技术的金属矿山沉陷规律研究

D-InSAR技术已经发展成为一种重要的地表监测手段,在矿山监测方面已经有较多成功的案例。但是矿山地表沉陷是一个长周期的形变序列,D-InSAR技术由于失相关等因素影响无法获得长周期的时序形变,小基线技术削弱了失相关的影响,可以获得时序的地表形变。文中利用小基线技术分析金属矿山沉陷规律,以某大型锑金属矿山为研究背景,用过14期形变序列探索一定地质采矿条件下的金属矿山的开采沉陷规律。结果表明,金属矿山受重力作用较大,部分区域地表形变受复杂地质构造控制。     

利用车载双天线InSAR系统监测公路边坡形变

星载差分合成孔径雷达干涉测量(differential interferometric synthetic aperture radar,DInSAR)技术已经广泛应用于大范围的地表形变监测,但星载合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）数据获取的地表形变易受大气噪声的影响,且长时间的重访周期会导致像对之间的失相干。为了有效减弱这些影响,提出了利用零空间基线的车载合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)系统监测公路边坡形变的方法。在车载双天线系统采集不同时相的公路边坡SAR数据时,通过轨道控制使得异时相干涉对的空间基线接近零,从而使得利用DInSAR数据进行形变信息提取时可以减少去平地相位的过程,极大地简化了差分干涉处理的流程。以中国湖北省武汉市某区域获取的车载双天线InSAR数据为例,使用所提出的方法对7个布设的角反射器点进行形变精度分析,得到形变值均方根误差为2.206 mm。     

利用SBAS技术监测洛杉矶地区地表形变

以InSAR技术为基础发展起来的小基线集法(SBAS)有效克服时空去相干和大气效应的影响,可长时间、高精度监测地表形变。文中以美国南加州洛杉矶地区为研究区域,利用34景ENVISAT雷达影像开展地面沉降监测,并通过时间序列分析的方法获取2003年9月到2009年8月时间段内高精度地表形变结果。研究发现多处由于地下水过度开采引起的地表形变明显的区域,该成果与同时段内数据资料比较,吻合较好。因此,该技术可广泛应用于城市地表形变监测,为相关部门决策提供科学可靠的数据参考。     

百年煤城地表沉降融合PS/SBAS InSAR监测——以徐州市为例

融合PS/SBAS算法成为当前InSAR技术的研究热点,本文通过融合PS/SBAS的优势,利用128景ALOS PALSAR影像和24景Radarsat-2影像获取了百年煤城徐州地区2007-2015年的地表形变场及变化趋势。试验结果表明：①2007-2011年,徐州主要有4个沉降区,分布在沛县、丰县、铜山区和贾汪区。②2012-2015年,沛县、丰县和铜山区地表沉降范围有所扩大;贾汪区地表沉降范围和速率明显减小,说明近年来贾汪区重点治理采矿塌陷工作已初步见效;另外,睢宁县县城出现明显沉降。③已有文献对沛县大屯中心区的沉降监测结果验证了试验结果是可靠的。④首次提取了徐州近8年间地表沉降的信息,可为该地区开展地表沉降调查监测与防治工作提供参考;试验方法可为全国开展地表沉降调查监测工作提供参考。