基于相干点目标的多基线D-InSAR技术与地表形变监测

失相干（Decorrelation）与大气波动是影响重复轨差分干涉测量（D-InSAR）进行地表形变信息提取的主要因素。相干性降低使得干涉纹图在空间上表现为不连续,难以完成相位解缠。重复观测时大气波动引起的相位延迟在空间域上的不均一分布则降低了D-InSAR提取形变信息,特别是空间范围覆盖较大的形变场的精度。介绍了一种基于相干目标的多基线D-InSAR数据处理算法。该算法根据少量SAR数据构成多基线干涉纹图集,分别利用点目标检测算法和相干系数均值作为相干目标提取的测度;利用相位回归分析模型对干涉相位进行时间域迭代处理,从干涉相位中提取线性形变速率和DEM误差改正,通过迭代处理补偿高程误差,解算线性地表形变速率。该算法提高了D-InSAR形变监测的时间采样率,能准确获取每个观测时刻的形变累积量。以沧州地区2004—2005年的SAR数据为例,获取了该地区地表沉降线性速率及其演变状况。     

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。     

基于多主影像相干目标小基线InSAR技术的无锡市地表沉降监测

探讨了多主影像相干目标InSAR(MCTSB-InSAR)技术在大区域地表沉降监测的应用。在基于特征区域相干性组合干涉像对基础上,利用三级阈值法实现稳定目标点的大密度、高精度提取,以此构建区域Delaunay三角网,创建差分相位函数模型,从而获取地表沉降速率和累积沉降量。以无锡市为例,对两幅各25期Radarsat-2影像进行分析,获取全市2012年2月-2016年1月约489 781个点目标的地表沉降时空分布信息。利用相近时段的水准测量数据进行精度评定,结果表明,二者具有较高一致性,验证了MCTSB-InSAR方法在大区域地表沉降监测中的有效性和可靠性。     

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。     

短基线INSAR相干点探测及应用

提出一种结合子孔径相关测度的时序高相干点探测方法,首先对时序SAR影像进行谱分解获得子孔径视图,通过时序子孔径相关测度进行强散射点筛选,然后分别根据振幅离差和干涉相位空间相关性,对目标点进行相位稳定性分析,探测出既满足强散射且在时间序列上散射稳定的高相干点。利用改进的点探测方法和短基线INSAR技术,对北京2003—2009年间40景ASAR影像进行相位建模,获取地面沉降时空分布特征,分析典型地物时序沉降过程,研究北京地面沉降与地下水开采关系。结果表明:相比已有方法,本文结合子孔径相关测度的高相干点探测结果更准确可靠;利用本文点探测方法反演的历史累积沉降信息,与水准结果一致,平均速率之差在3.69 mm/a以内,中误差为1.36 mm/a;研究区地面沉降最大速率达92.25 mm/a,空间不均匀分布明显,地面沉降量与地下水开采量呈分段的非线性相关。     

一种监测东营油田地表形变的方法

针对传统永久散射方法和相干目标法干涉图相位解缠的不足,该文提出了一种改进的多主影像相干目标小基线干涉方法。采用融合永久散射方法和相干目标法的优点,较好地平衡了失相干因素的去相干性与干涉目标点之间的矛盾,利用较小的数据集实现地表形变反演;基于14景COSMO-SKYMED雷达影像,采用多主影像相干目标小基线干涉方法提取地表形变信息。基于水准数据验证后的实验结果表明:所提方法不仅可以准确快速地监测出地表沉降区,而且监测精度较高,研究结果可以应用于城市形变监测、地震、滑坡等领域。     

基于临时相干目标监测非城区地表形变

永久散射体干涉测量技术(PSInSAR)地表形变监测能力受限于稳定散射体的空间分布密度,在PS点稀疏的非城区不再有效。本文基于临时相干目标(temporarily coherent targets,TCT)局部时序高相干性和在非城区广泛分布的特点,提出改进算法以解决该难题。该算法通过顾及季节性周期变化筛选干涉对以保留TCT信息,并利用双阈值联合筛选法提取TCT,采用多次差分挖掘、分离TCT相位,最后反演得到TCT形变速率和高程修正量。利用TCT算法,采用24景Sentinel-1A卫星影像提取了靖边县2014-10-23—2016-05-09期间地表形变信息。通过PSInSAR的对比验证,表明临时相干目标时序分析方法能显著提高非城区监测目标空间分布密度并能有效地监测非城区地表形变。     

包头市地面沉降高分辨率时序InSAR监测北大核心CSCD

针对包头市地面沉降监测需求,该文利用24景高分辨率COSMO-SkyMed雷达影像,采用多主影像相干目标小基线干涉技术(MCTSB-InSAR),首次提取了该市2013年1月—2015年12月共3年的沉降信息。结果表明,该阶段包头市主城区存在较大范围的地面沉降,但沉降速率总体较小,最大沉降漏斗位于青山区奥林匹克公园北部,最大沉降速率达-56mm/a,野外调查表明,该地沉降主要原因是电厂排灰池自然沉积压缩所致。此外,昆都仑区包钢开发厂、九原区希望工业园区以及石拐区五当召镇也有明显沉降。研究结果可为包头市地面沉降灾害科学防治提供数据支撑。     

基于相干目标的干涉图叠加方法监测天津地区地面沉降

利用ENVISAT ASAR数据,采用基于相干目标的干涉图叠加方法,对天津地区的地面沉降现象进行了DInSAR监测试验.差分干涉处理采用"两轨法",使用校正了高程异常的SRTM DEM数据消除高程相位.以相干系数为标准选取了相干目标,解缠过程中运用了Delaunay三角剖分和权重最小费用流算法.本文获得的季度平均沉降速率图有效揭示了试验区地面沉降的空间展布及相对形变量,但其获得的绝对形变量尚需地面实测数据校验.     

包头市地面沉降高分辨率时序InSAR监测

针对包头市地面沉降监测需求,该文利用24景高分辨率COSMO-SkyMed雷达影像,采用多主影像相干目标小基线干涉技术(MCTSB-InSAR),首次提取了该市2013年1月—2015年12月共3年的沉降信息。结果表明,该阶段包头市主城区存在较大范围的地面沉降,但沉降速率总体较小,最大沉降漏斗位于青山区奥林匹克公园北部,最大沉降速率达-56mm/a,野外调查表明,该地沉降主要原因是电厂排灰池自然沉积压缩所致。此外,昆都仑区包钢开发厂、九原区希望工业园区以及石拐区五当召镇也有明显沉降。研究结果可为包头市地面沉降灾害科学防治提供数据支撑。     

利用InSAR分析陕西省垂直形变

从2018—2019年欧空局Sentinel-1免费数据中获取陕西省全域垂直形变面状信息,并将其与全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）以及水准点、线垂直形变信息进行对比分析,进一步验证合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）数据反映局部形变的有效性。垂直形变监测结果表明：在陕北榆林、神木地区,地下资源开采诱发的地表沉陷分布广泛、特征明显,地表沉陷速度达60 mm/a;在煤炭产区长武、彬县也出现不同程度的开采沉陷灾害,沉降速度达30 mm/a;西安市、渭南市等关中平原地区由于地下水开采出现不均匀沉降,其中,西安市的局部沉降最为严重,最大沉降速度达60 mm/a;InSAR与GNSS、水准获取的垂直运动趋势在全省范围总体上一致,但由于GNSS监测点、水准监测点一般布测在较稳定区域,其获取的沉降范围、沉降速度与InSAR沉降结果有一定差异。     

联合多平台InSAR数据集精确估计地表沉降速率场

分析了不同平台InSAR数据集的成像几何差异以及时空分辨率不一致对沉降场联合反演的影响,提出了多平台InSAR数据联合估计方法及其解决方案。将该方法应用于分析覆盖上海地区的18景TerraSAR-X、16景ENVISAT ASAR和20景ALOS PALSAR数据,提取了数据共同覆盖时间段内（2009年~2010年）的上海市地表沉降速率场分布,并与同期获取的水准数据进行了对比验证。实验结果表明,本文方法能有效的联合多组观测数据给出更精确的沉降估计结果,且无需外部数据校正。     

220KV高压变电所地面沉降预测方法研究

连云港220KV高压变电所因地面发生大面积的沉降,直接影响运营安全。为了探究地面沉降的规律性,指导生产实践,本文以土方量作为研究对象,对220KV高压变电所地面沉降规律进行研究。在沉降区域内较均匀地布设一些能反映地面沉降情况的观测点,测定这些观测点的平面坐标,再定期对其进行沉降观测,求得每期观测点的高程值,从而得各观测点的三维坐标。利用南方CASS绘图软件具有的土方量计算功能,计算出每期沉降观测数据所对应的土方量。以土方量作为研究对象,选用Gompertz模型、双曲线模型、Logistic模型和指数曲线模型,利用1 st0pt软件对土方量数据进行拟合,建立预测模型,对研究对象进行预测并进行精度评定。通过研究发现,该方法能较好地反映地面整体沉降情况,与目前只针对个别点的沉降情况来研究地面沉降变化规律相比,具有明显的优越性。     

卡尔曼滤波在山西省西山煤田地面沉降GNSS监测中的应用

本文以山西省西山煤田某一工作面为试验区,在分析地面沉降全球卫星导航系统（GNSS）监测数据特征的基础上,利用两种卡尔曼滤波方法（普通和总体卡尔曼滤波）对矿区地面沉降GNSS监测数据进行了处理与评价,同时对比了两种卡尔曼滤波方法的均方根误差分布情况。试验结果表明,两种滤波方法的滤波结果与观测值趋势大致相同,但存在少数异常点。下沉量越大的监测点,滤波结果与观测值的差异越大,但总体卡尔曼滤波的差异明显小于普通卡尔曼滤波,特别是对于下沉量较大的监测点。下沉量越大的监测点,其均方根误差越大,总体卡尔曼滤增大的速度远小于普通卡尔曼滤波,总体卡尔曼滤波均方根误差的最大值小于0.1 m,普通卡尔曼滤波的则接近0.4 m。     

C和L波段SAR数据在填海新区的应用及特性分析

收集了35景C波段ENVISAR ASAR和20景L波段ALOS PALSAR数据,采用时间序列合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）分析技术获取了典型的填海新区-上海临港新区2007年~2010年间的沉降速率场。从空间、时间密度以及监测精度方面,对C和L波段的数据的形变估计结果进行对比,并进而讨论C波段和L波段数据在填海新区地表形变探测差异的原因以及数据在填海新区监测的特性。     

基于SBAS-InSAR的矿区地表沉降监测与分析

针对雷达差分干涉测量技术（differential interferometry synthetic aperture radar,DInSAR）易受时空失相关、大气相位延迟等因素的影响,采用小基线集技术（small baseline subset,SBAS）对13景TerraSAR-X数据进行时序处理,估算并去除了残余数字高程模型误差、大气延迟误差和轨道误差,分析了研究区域2012-2013年沉降速率,发现2310和1301两工作面最大下沉速率分别为40 mm/a和50 mm/a;分析时序累计沉降值发现,2306、2308、2310这3个工作面在2012年11月15日之前地面沉降并不明显;在2310和1301工作面分别提取3个失相干现象表现较为缓慢的候选点进行时序分析,发现沉降值和时间成线性变化关系,且开采时间越早,其沉降特性越符合线性变化;将SBAS和DInSAR两种方法获得的累计沉降值进行差值分析,发现两种方法的差值在5 mm以内;在2310工作面走向方向和倾向方向选取若干观测点,并提取各观测点的时序沉降值对工作面时序沉降进行量化分析,实验表明SBAS-InSAR技术在矿区地表沉降监测与分析方面具有良好的应用前景。     

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。     

Subsidence monitoring in coal area using time-series InSAR combining persistent scatterers and distributed scatterers

In coal mining areas, ground subsidence persistently happens, which produces serious environmental issues and affects the development of cities. To monitor the ground deformation due to coal mining, a modified time-series InSAR technique combining persistent scatterers (PSs) and distributed scatterers (DSs) is presented in this paper. In particular, DSs are efficiently identified using classified information and statistical characteristics. Furthermore, a two-scale network is introduced into traditional PSI to deal with PSs and DSs in a multi-layer framework by taking the advantage of the robust of PSs and the widely distribution of DSs. The proposed method is performed to investigate the subsidence of Huainan City, Anhui province (China), during 2012–2013 using 14 scenes of Radarsat-2 images. Experimental results show that the proposed method can ease the estimation complexity and significantly increase the spatial density of measurement points, which can provide more detailed deformation information. Result shows that there are obvious subsidence areas detected in the test site with subsidence velocity larger than 5 cm/year. The proposed method brings practical applications for non-urban area deformation monitoring.     

Radar interferometry time series analysis of Mashhad subsidence

A large agricultural area located in 20 km north of the city of Mashhad in the north-east of Iran is subject to land subsidence. The subsidence rate was achieved in a couple of sparse points by precise leveling between 1995 and 2005, and continuous GPS measurements obtained from 2005 to 2006. In order to study the temporal behavior of the deformation in high spatial resolution, the small baseline subset (SBAS) algorithm was used to generate the interferometric SAR time series analysis. Time series analysis was performed using 19 interferograms calculated from 12 ENVISAT ASAR data spanning between 2003 and 2006. The time series results exhibited that the area is subsiding continuously without a significant seasonal effect. Mean LOS deformation velocity map obtained from time series analysis demonstrated a considerable subsidence rate up to 24 (cm/yr). In order to evaluate the time series analysis results, continuous GPS measurements as a geodetic approach were applied. The comparisons showed a great agreement between interferometry results and geodetic technique. Moreover, the information of various piezometric wells distributed in the area corresponding to 1995 to 2005 showed a significant decline in water table up to 20 meters. The correlation between the piezometric information and the surface deformation at well’s locations showed that the subsidence occurrence in Mashhad is due to the excess groundwater withdrawal.