基于点目标分析的InSAR技术检测地表微小形变的研究

近年来,由合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)技术发展而来的时间序列影像点目标分析技术已发展成为大范围地提取地表微小形变信息的关键技术。本研究针对地表形变检测中经常出现的时间、空间去相干问题和大气效应等问题,从常规的合成孔径雷达差分测量技术(D-InSAR)入手,深入探讨了以永久散射体(PSI)和相干目标分析(CTA)方法为代表的点目标分析技术原理和方法,阐述了它们的特点和优势。最后,介绍了CTA方法对提取长时间地表形变场的具体应用实例,说明其方法的有效性和可靠性。     

三峡库区范家坪滑坡地表形变InSAR监测与综合分析

位于湖北省秭归县的范家坪滑坡是长江三峡库区干流上的大型岩质滑坡之一。阐述了高分辨率合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)监测滑坡地表形变的工作方法与技术体系,采用22景3m空间分辨率的TerraSAR-X数据,辅以人工反射体布设和GPS测量,对范家坪滑坡变形进行监测,发现滑坡处在缓慢匀速变形状态,其谭家河滑坡体的形变比木鱼包滑坡体更为强烈,形变最大处的雷达视线向形变速率达到300mm/a。通过综合分析滑坡区2012年大气降雨和长江水位资料,发现年度内范家坪滑坡变形受水位变化和大气降雨影响微弱。     

合成孔径雷达干涉测量(InSAR)在地面形变监测中的应用

运用合成孔径雷达干涉及其差分技术(InSAR及D-InSAR)进行地面微位移监测，是近年来发展起来并得到日益重视的新方法。对不同地区地面形变的最新研究结果表明，合成孔径雷达干涉及其差分技术在地震形变、冰川运移、活动构造、地面沉降及滑坡等研究与监测中有广阔的应用前景，具有不可替代的优势。 与其它方法(如GPS监测等)相比，用InSAR及D-InSAR进行地面形变监测的主要优点在于：(1)覆盖范围大，方便迅速：(2)成本低，不需要建立监测网；(3)空间分辨率高，可以获得某一地区连续的地表形变信息；(4)可以监测或识别出潜在或未知的地面形变信息：(5)全天候，不受云层及昼夜影响。但是由于系统本身因素以及地面植被、湿度及大气条件变化的影响，精度及适用性受到一定的限制，需要在实践中不断加以完善和提高，并与地质研究及其它方法相结合。 为了弥补传统InSAR及D-InSAR方法在地面形变监测方面的不足，提高其精度，近期引入了一种称为永久散射点(PS)的方法。此方法通过选取一定时期内表现出稳定干涉行为的孤立点，克服了许多妨碍传统雷达干涉技术的分辨率、空间及时间上基线限制等问题，使InSAR在城市及岩石出露较好地区地面形变监测精度大大提高，在一定的条件下精度可达到mm级。     

PS-InSAR技术在北京通州区地面沉降监测中的应用

地面沉降是通州区重要地质灾害,由此引发的地裂缝次生灾害现象严重影响通州区的发展建设.以TerraSAR-X卫星影像为数据基础,采用永久散射体干涉测量(PS-InSAR)技术获取通州区地面沉降2015—2018年监测数据,分析了通州区地面沉降时空分布特征以及地裂缝次生灾害的垂向形变特征.结果表明:(1)通州区地面沉降主要集中在西部和北部地区,形成了以通州城区—梨园—台湖为中心的西部沉降区和以永顺—宋庄为中心的北部沉降区,每个沉降区内又分布着多个小的沉降漏斗,在区域上具有不均匀沉降的特征;(2)宋庄地裂缝两盘各存在一个沉降漏斗中心,裂缝带沿线存在多个小沉降漏斗,由裂缝带向两侧沉降量逐渐增大,垂直裂缝带方向存在显著的沉降梯度变化,差异沉降特征明显,建议在宋庄地裂缝成因机理研究过程中考虑差异沉降对地裂缝形成的影响.     

时间序列InSAR技术在矿区地表形变监测中的应用

针对露天矿区与城区地表相干性不一的特征,提出一种改进的时序InSAR(合成孔径雷达干涉测量)技术对霍林河矿区及周围城区地表进行形变监测。首先,通过增加时间采样密度控制相干性来筛选矿区周边具备一定相干点密度的干涉数据;其次,采用经过参数优化的分布式散射点选取方法选取分布式目标并使用传统方法提取永久散射体;最后,将分布式目标与永久散射体目标混合构建Delaunay三角网进行两次回归分析得到研究区域地表形变速率。实验结果显示,霍林河矿区边坡最大形变速率达到?630 mm/a,矿区周边道路地面最大沉降速率达到71 mm/a,霍林郭勒市地表沉降速率最大达到15 mm/a,与同期GPS监测结果进行对比,证明改进的时序InSAR技术方法适用性良好,对矿业城市地表形变监测提出了一种新的InSAR监测方法。     

合成孔径雷达差分干涉测量（D-InSAR）技术在多年冻土区地表变形监测中的应用

多年冻土区地表变形严重影响着区域内生态环境和工程设施的稳定性。合成孔径雷达差分干涉测量（differential interferometric synthetic aperture radar, D-InSAR）技术作为一种新型的空间对地观测技术, 为多年冻土区地表变形监测提供了新方法。通过近20年的不断深入研究, 利用D-InSAR技术的多年冻土区地表变形监测取得了大量研究成果。首先介绍了D-InSAR技术测量地表变形的理论基础, 进而概述了D-InSAR技术在多年冻土区地表变形测量中的应用现状, 然后总结了D-InSAR测量过程中存在的关键问题及可能的解决方法。在此认识和分析的基础上, 对D-InSAR技术今后在多年冻土区地表变形监测中的发展方向进行了探讨, 以期为D-InSAR技术在多年冻土区地表变形监测中的推广应用和深入研究提供参考。     

融合分布式散射体时序InSAR技术在矿区形变调查中的应用

为了对河北省承德市滦平县张百湾镇周台子村铁矿区进行形变调查和监测,消除安全隐患,在时序CSInSAR（相干散射体InSAR）技术的基础上,开发了48景Sentinel1数据的DSCSInSAR（融合分布式散射体和相干散射体InSAR）技术。该方法首先采用AD (Anderson Darling)检验对同质像素点进行识别,然后基于协方差矩阵特征值分解算法对最优相位进行估计,最终通过时序形变解算得到铁矿区的地表形变结果。研究结果表明：研究区的年平均形变速率范围为-34.50~24.50 mm/a;大部分矿区都存在不同程度的沉降,其中周台子村和路边附近矿区沉降量较大,窑岭沟矿区出现明显抬升现象,最大沉降量和最大抬升量分别达到了34.00和24.03 mm,其形变结果与当地4个GPS监测点结果一致。与CSInSAR技术相比,DS CSInSAR技术极大提高了目标点的密度和干涉图的质量。     

基于PS-InSAR技术的后海深槽地面及建筑物形变监测分析

深圳市南山区后海片区为总部大厦基地,莲花山断裂带和珠江口大断裂带在此交汇,区域内基岩埋藏较深,断层较发育,存在巨厚的风化深槽,地面高层建筑多采用超长桩基础。文中研究采用永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术对深圳市南山区后海片区南部东侧沿海部分的地面和建（构）筑物进行大范围、长时间形变监测。监测结果表明,深槽上建筑物以及其他构筑物沉降相对稳定,目前在后海巨厚深槽上的建筑桩基施工工艺安全有效。沉降量较大的区域为深圳湾公园草地及其周边区域,主要由于填海造陆软土引起形变。经过与传统监测技术的对比,InSAR技术监测精度满足规范要求。在大范围、低成本、高精度、高效率的形变监测需求方面,InSAR技术具有优势。     

基于SBAS-InSAR的辽宁义县中东部区域地表沉降监测

以辽宁义县中东部区域为例,选2017—2018年间18景Sentinel1数据,采用短基线差分干涉测量技术(SBAS-InSAR)获取了该地区的形变时间序列和平均沉降速率。结果显示义县存在不均匀的沉降,最大平均沉降速率为98 mm/a。结合野外实地调查成果,验证了SBAS-InSAR技术的可靠性,并分析了地表沉降的主要原因是矿石的开采。     

合成孔径雷达差分干涉测量在地震形变监测中的应用

由于遥感技术具宏观性、直观性，获取资料的速度快、周期短、信息量大、经济效益好，成本低、收益高以及实用于地面工作困难地区等优点，因而在灾害调查、监测预警以及评估中得到了广泛的应用。     

Ground deformation monitoring by using the Permanent Scatterers Technique: The example of the Oltrepo Pavese (Lombardia, Italy)

The applicability of the Permanent Scatterers Synthetic Aperture Radar Interferometry (PSInSAR) technique for detecting and monitoring ground displacements was tested in the Oltrepo Pavese territory (Northern Italy, southern Lombardia), which could be representative of similar geological contexts in the Italian Apennines. The study area, which extends for almost 1100 km², is characterized by a complex geological and structural setting and the presence of clay-rich sedimentary formations. These characteristics make the Oltrepo Pavese particularly prone to several geological hazards: shallow and deep landslides, subsidence and swelling/shrinkage of the clayey soils. The PSInSAR technique used in this study overcomes most of the limitations of conventional interferometric approaches by identifying, within the area of interest, a set of “radar benchmarks” (PS), where very precise displacement measurements can be carried out. More than 90,000 PS were identified by processing Synthetic Aperture Radar (SAR) images acquired from 1992 to 2001 by the European Remote Sensing satellites (ERS). The PSInSAR application at a sub-regional scale detected slow ground deformations ranging from + 5 to − 16 mm/year, and resulting from various processes (landslides, swelling/shrinkage of clay soils and water pumping). The PS displacements were analysed by collecting data obtained through geological, geomorphologic field surveys, geotechnical analysis of the soils and the information was integrated within a landslide inventory and the damaged building inventory. Despite the limited number of landslide bodies with PS (7% of the inventoried landslides), the PS data helped to revise the state of activity of several landslides. Furthermore, some previously unknown unstable slopes were detected. Two areas of uplift and two areas of subsidence were identified.     

CMT技术在地下水多层监测中的应用研究

随着地下水监测技术的不断完善和发展,单孔多层监测井技术广泛应用于地下水监测工作。CMT监测井就是其中的一种,该技术采用了新型成井结构方式,能够实现单井监测多层地下水,分层采集水样进行水质分析,有一井替代多井监测的特点,能够降低建井及监测成本,提高监测效率。利用CMT多层监测技术,在黑河中游进行地下水多层监测,根据实际监测数据进行水文地质分析,验证了CMT技术在地下水多层监测中的实用性和有效性。     

数字滤波在地裂缝和地形变研究中的应用

运用数字滤波理论来区分西安地裂缝、地面垂直地形变活动量中构造活动变形量和释水固结压密变形量。结果表明，地裂缝活动时序中低频长周期成份占绝大部分，而地面垂直地形变活动时序中高频短周期成份占绝对优势。释水固结压密变形量约占总变形量的60％～90％。     

应力控制技术及其应用综述

概述了应力控制技术的基本原理及其在国内外的应用状况，指出了应力控制技术对于解决深井高地应力岩层的开采与支护问题有独特的作用，及它在我国深井矿山开采中的应用前景，并对其力学机理作了初步探讨。     

桩锚支护结构设计及支护结构变形监测分析

结合北京一个基坑支护工程,从设计角度就桩锚支护结构在基坑支护中的应用及变形控制进行了阐述。根据受力情况,护坡桩主筋配筋采用不均匀布置方式,结合工程、支护结构特点分段配筋;为了满足基坑安全及现场施工用地,砖墙设计时,在砖墙中部增设混凝土腰梁;护坡桩施工中,运用不同的施工工艺,保证了护坡范围内古树的生命安全。从基坑开挖监测角度,对支护结构顶部水平位移进行了监测,对周边建（构）筑物进行了沉降监测,同时对锚杆进行了检测与监测。结果分析表明,基坑水平及垂直变形量均在设计控制范围内,基坑整体稳定,桩锚支护结构对变形起到了有效的控制作用。     

地埋管换热孔换热系数及其在工程设计中的应用研究

浅层地温能是一种清洁,环保可再生的自然资源,通过热泵系统消耗少量电能即可用于建筑物供暖制冷,在节能减排中发挥着越来越重要的作用。针对目前地埋管换热系统单位延米抉热功率在设计中应用混乱的问题,本文从公式推导及现场试验数据分析出发,研究了国家标准《地源热泵系统工程技术规范》（GB50366--2005）和国土资源部行业标准《浅层地热能勘查评价规范》（DZ0225--2009）中关于现场热响应试验的方法及理论计算的关系,导出单孔的换热系数是单位热阻的倒数,它可以代表埋管的换热能力。提出其与直接测出单位廷米换热功率的区别,从而指导工程方案制定。     

北京地区地裂缝分类及防治措施

本文论述了北京地区地裂缝类型和发育特征,提出了地裂缝的防治措施。结合工程实例,探讨了以构造为主控因素的复合型地裂缝的防治措施。     

GeoWatch InSAR数据处理技术及在天津地面沉降监测中的应用

本文介绍了一种新的星载合成孔径雷达干涉测量数据处理技术（GeoWatch InSAR技术）,具有下述特点和优势：1.对城市和郊区农村全面连续覆盖,不仅包括建筑物,而且包括路面、广场、飞机跑道等其他地物和半植被覆盖的自然地区;2.合成处理多景/多波段/多模式/多极化/多轨道/多卫星平台的数据,从而缩短观测时间,提高精度和覆盖;3.所有结果为真正射投影图像,支持各种比例尺和范围的面状连续监测;4.支持ERS-1＆2、ENVISAT、ALOS PALSAR、JERS-1、RADARSAT-1＆2、TerraSAR、COSMO-SkyMed（CSK）和将来中国的HJ1小雷达卫星群。用此技术处理了天津地区的ENVISAT数据,得到了范围（抽样间隔）分别为100km×100km（50m×50m）、天津市（20m×20m）、廊坊市（15m×15m）及胜芳镇（7m×7m）的全面连续的地面沉降率图像,显示了它在地面沉降监测中的独特优势和应用前景。     

挤压式盾构隧道施工引起的地表移动及变形

视挤压式盾构施工隧道引起的地表移动为一随机过程,应用随机介质理论对所引起的地表移动和变形进行了分析。工程实例分析表明,该分析方法效果良好。     

探地雷达技术在植物根系探测研究中的应用

植物根系传统研究方法的局限性迫切需要寻求一种无损性的根系探测技术.基于无损性探测的特点,探地雷达已被证明是一种能够应用于根系探测的潜在工具.对探地雷达探测原理及其在植物根系形态绘图、根径大小和生物量测量等几个方面中的应用研究进行了综述,阐述了该方法的优势和应该注意的问题.根系形态分布探测需要提高雷达的发射频率和保持足够小的扫描间距;在估计植物根系大小和生物量方面主要依赖于有效的、能够反映相关特征的雷达探测信息参数的提取,同时还需要高级的数值分析和数据处理技术的支持.