基于多源SAR数据的InSAR地表形变监测(摘要)

<正>合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术因其具有高分辨率、高精度等特点,已广泛用于地震、火山、地面沉降等地表形变的监测中。然而,InSAR技术仅能获取雷达视线方向的一维形变信息,仅依靠单一轨道的SAR数据不能完全、准确地反映监测区的地表形变特征,这一缺陷大大限制了InSAR技术在地表形变监测中的推广应用。随着Envisat ASAR、ALOS PALSAR、Radarsat-2、COSMO-SkyMed和TerraSAR-X等雷达卫星数据的不断获取,在同一     

基于多源卫星数据融合的油气管道区域三维变形监测

中国油气资源丰富,目前已形成越来越多的区域性和跨区域的油气管网,管线穿越的地形地貌和地质构造复杂,沿线的地表形变影响着油气管道的安全。InSAR技术以其全天时、全天候、高精度、宽覆盖的特点,被广泛应用于地表形变监测。该方法基于In SAR监测结果,提出BPSTSIM(Based-PS Time-Space Interpolation Method)三维形变监测方法,通过融合多源卫星数据,获取油气管道区域的地表形变三维位移。该方法利用多源SAR卫星数据获取高相干性的PS(Permanent Scatterer)点位移,对PS点进行时间插值,获得更细时间粒度的PS点位移,然后对油气管道通过区域网格化,基于PS点进一步插值出所有网格点的形变并转换到三维方向,从而在时间维度和空间维度监测油气管道区域的三维位移状态。最后,利用实例卫星数据,计算了管道区域8个月的变形数据,并实现了数据的可视化,形变特征与野外调查吻合,验证该方法的有效性。该方法实现了不同SAR卫星监测数据的有效融合,完成了数据在时间维度和空间维度的补充和加密,提高了In SAR测量对三维形变的感知能力。     

InSAR技术多年冻土研究进展

多年冻土随气候变暖逐渐发生退化,严重影响多年冻土区工程建设的稳定性,因此实时、准确地监测多年冻土变化迫在眉睫.合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)作为一种新型对地观测技术,可以全天时、全天候的对多年冻土区地表进行大范围监测,成为一种有效的监测手段.主要介绍InSAR技术在多年冻土区近20年的研究进展与未来发展趋势.首先介绍了InSAR技术的基本原理和常用的SAR系统,然后基于InSAR技术的发展,概述了D-InSAR和时序InSAR技术在多年冻土区的应用,并对目前发展的冻融模型进行总结,分析了多年冻土区地表形变影响因素,最后展望未来InSAR技术在多年冻土监测中的发展趋势与面临的主要问题,以期为科研人员提供系统的应用介绍.     

利用InSAR技术研究黄土地区滑坡分布

InSAR技术能够获取大面积、连续、高精度的地表垂直形变信息,可用来监测地震、火山、滑坡等自然灾害造成的地表形变。文章介绍了InSAR技术在监测陕北黄土地区滑坡中的应用,首先进行野外地质勘察和TM光学遥感影像解译,接着通过EnviSat SAR数据差分干涉处理,获取研究区干涉形变场,提取出滑坡位移量,最后详细分析黄草湾至董家寺沿线一带的滑坡变形范围,并划定出了4个有一定变形的重点监视区。     

InSAR技术在多年冻土区形变监测的应用

作为大地测量的一种新兴空间技术,合成孔径雷达干涉（synthetic aperture radar interferometry, InSAR）具有全天时、高精度、大范围和速度快的优点,逐渐被应用于多年冻土区地表形变监测中。通过综述多年冻土形变原理及InSAR监测多年冻土形变的应用实例,研究表明：在气候变暖的背景下,多年冻土区地表年际形变以下沉为主,多年冻土上限附近地下冰含量的大小是影响年际形变量的主要因素;活动层内土壤含水量影响着地表季节形变量的大小,不同类型多年冻土区的地表年际形变量和季节形变量存在着较大的差异。研究还表明,不同波长的SAR产品在不同类型多年冻土区的适用性不同,下垫面特征对利用InSAR获取地表形变量有较大影响,L波段的SAR数据在植被覆盖度较好的区域有更好的效果。由于InSAR的失相干问题,加之目前还缺少长时间、多类型、高频率的实测形变结果作为验证和标校数据,获取准确且连续的大范围形变数据较为困难。针对目前寒区研究需求,布设野外长期观测站点,建立适用于不同多年冻土区的地表形变反演算法,构建具有较高精度和较高时空分辨率的地表形变数据集具有重要的实践和科学意义。     

极具潜力的空间对地观测新技术——合成孔径雷达干涉

“合成孔径雷达干涉(InSAR)”是近十年发展起来的空间对地观测遥感新技术。它具有从覆盖同一地区的星载(或机载)合成孔径雷达复数图像对提取干涉相位图,借助于雷达成像时的姿态数据重建地表三维模型(即数字高程模型)的巨大潜力。尤其是基于多幅雷达复数图像处理的差分干涉技术(D-InSAR)可以用于监测地表形变,精度可达厘米级甚至更高,其监测空间分辨率是前所未有的。介绍了InSAR和D-InSAR的基本原理,对影响干涉结果的一些重要因素做了分析,重点回顾和展望了差分干涉技术在与地表形变有关的地震监测和震后形变测量、地面下沉和山体滑坡、火山运动监测等方面应用的现状和前景。     

基于SBAS-InSAR技术的金沙江流域沃达村巨型老滑坡形变分析

近年来突发性高位滑塌灾害日益频发,造成恶劣影响。这类地质灾害调查难度高、隐蔽性强,单靠群测群防和地质调查难以解决灾害的防治问题。随着雷达遥感卫星数据质量的不断提升,合成孔径干涉雷达测量(InSAR)中的SBAS-InSAR技术为特大型老滑坡灾前形变探测提供了新的技术途径。利用SBAS-InSAR技术对金沙江流域沃达村滑坡进行地表形变监测,获取了2017年3月30日至2019年9月28日内的形变结果,划定了强烈形变区(Ⅰ雷达)、均匀形变区(Ⅱ雷达),分析了滑坡复活区整体和局部滑塌地表形变速率、累积位移变化趋势和主裂缝形变情况。同时实地进行了工程地质调查和复核,发现老滑坡复活区变形迹象与SBAS-InSAR技术解译成果有着较好的一致性。表明SBAS-InSAR技术在复杂山区地质灾害监测预警领域有较为广阔的应用前景,为类似老滑坡监测预警提供了新的思路与借鉴。     

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。     

基于时序InSAR的黄土滑坡隐患早期识别——以白鹿塬西南区为例

中国黄土滑坡灾害频发且分布广泛，传统的地质灾害调查对于地处高位、形变特征不明显和隐蔽型的滑坡隐患难以有效识别，是滑坡灾害监测预警成功率低的主要原因之一。如何有效超前判识别地质灾害隐患是地质灾害防治工作的前提和基础，时序InSAR技术在此领域具有良好的应用潜力，但如何更好地将InSAR技术融入到滑坡灾害相关研究中仍处于探索阶段。笔者以西安市白鹿塬西南区为研究区，在高精度三维倾斜摄影、ALOS-2雷达影像集等数据基础上，以时序InSAR技术反演得到104处地表形变明显区域；结合黄土滑坡易发指数、航拍影像和野外核查，快速识别黄土滑坡及隐患23处，其中包括新识别的滑坡隐患20处和在册的滑坡灾害3处，通过与传统地灾调查数据比对和实地调查核实验证了时序InSAR方法探测结果的优势和有效性，并构建了基于高精度InSAR和DEM数据的黄土滑坡隐患早期识别方法。     

基于InSAR技术的川西高山峡谷区地质灾害早期识别研究——以小金川河流域为例

采用短基线集时序干涉测量(small baseline subset InSAR,SBAS-InSAR)技术,利用多时相合成孔径雷达数据,对川西高山峡谷区开展地表多时相、长时序形变监测与地质灾害隐患早期识别研究。介绍了时序InSAR方法原理,梳理了数据处理流程,分析了小金川河流域雷达可视性,利用2018-11—2019-12共26期的Sentinel-1A历史存档数据开展了流域内地表形变监测,结果表明: 流域内雷达视线方向的年平均形变速率为-51.12~75.28 mm/a; 依据形变异常分布规律,共判译出4处形变异常区与11处潜在地质灾害隐患点,其中6处隐患点为已知地质灾害点,其余5处隐患点尚不为人知。以隐患点P1(阿娘寨滑坡)为典型案例,开展了长时序监测分析与验证,评估利用InSAR技术开展地质灾害隐患早期识别的可靠性,证明了SBAS-InSAR技术在地质灾害早期识别中的优势及有效性,其技术成果在川西高山峡谷区具有大范围推广应用的潜力。     

三峡库区山区城镇重大地质灾害监测预警示范研究

以三峡库区羊角场镇为例,在地质调查基础上,利用伸缩位移计、应力计等常规地面监测设备,对地表裂缝相对位移和危岩体基座应力进行监测,并结合GPS静态和实时动态测量等技术,开展了角反射器干涉测量技术（CR-InSAR）和高相干InSAR技术在复杂山区地质灾害大范围调查与识别应用,从点到面、从大型危岩体到区域地表形变全覆盖。各种方法监测结果较为一致,有效实现了典型山区城镇地质灾害变形的高精度、动态立体化监测。      

基于SBAS-InSAR的西宁市滑坡识别和形变监测分析

中国黄土高原滑坡灾害频发，严重威胁经济的发展及生命财产安全。利用时序合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术识别潜在的活动滑坡，并对其进行形变监测，有利于预防和减轻灾害造成的危害。InSAR技术具有大范围观测地表变形的能力，这里以西宁市为研究区，采用83景升轨和87景降轨Sentinel-1A雷达影像，利用小基线集(SBAS)时间序列InSAR技术，获取了研究区2019年1月至2021年11月地表形变速率以及时序形变量，共探测到74处显著形变区；结合地貌和光学影像特征，确定其中35处为活动黄土滑坡。通过对活动滑坡的时间序列形变分析，内在(工程岩组、断层)和外在(降雨)条件的共同作用，是激活不稳定边坡或加速边坡运动的主要因素。     

基于无人机载LiDAR的采煤沉陷监测技术方法——以宁东煤矿基地马连台煤矿为例

探索采煤地表沉陷的高新监测技术方法是推动采煤沉陷监测的重要工作,无人机载LiDAR采煤塌陷监测技术是无人机与LiDAR构建的一种新型低空三维空间测量技术。以宁东煤炭基地马莲台煤矿采煤沉陷区为例,采用无人机机载LiDAR监测技术获取了2017年4月及8月2期三维点云数据,通过数据三维建模和沉降信息提取,得到了地面沉陷情况的三维立体图,监测出了3处地面沉降区,并利用实测水准点和已有GPS自动监测站数据,对该技术监测地面沉降的精度进行评估。研究结果表明,无人机机载LiDAR监测技术方法可满足采煤塌陷的立体监测需求,具有机动灵活、成本低、效率高、精度高等特点,未来可在类似地区推广应用。     

基于InSAR技术的缓倾煤层开采诱发顺层岩体地表变形模式研究

贵州贞丰县某煤矿开采煤层以向斜缓倾的三叠系上统火把冲组（T3h）为主,与贵州省大部分煤矿开采的背斜反倾煤层不同,其采矿活动诱发的地面沉降和滑坡风险亦表现出不同的变形破坏模式(背斜反倾煤层易诱发倾倒崩塌、顺层缓倾煤层易诱发地面塌陷与滑坡)。论文利用升、降轨观测的共15期3 m空间分辨率L波段PALSAR -2 SAR为数据源,开展了多期地表变形D -InSAR测量,确定出变形发生的位置、范围与滞后时间。经实地调查验证,InSAR解算结果较好地吻合了矿区开采范围和地表破坏情况,证实了InSAR在煤矿区识别时序性地表形变的准确性。进而分解计算了地表三维变形,并通过与地下开采范围和过程的相关性分析,深化了对该地区缓倾煤层地下开采诱发的顺层滑坡变形模式的认识:（1）InSAR可以识别计算出采矿区地表变形的范围与沉降量,矿区变形在干涉影像中表现为以采空区地表为中心向四周扩散的圆环状变形条纹;（2）地表变形区域覆盖地下采空区上方及附近地表区域,根据地表变形情况与地下采空区范围计算出该地区上山边界角约70°、下山边界角约58°;（3）地下采空与地表沉降变形存在约30 d的时间滞后;（4）顺层地下采空引发的地表水平移动方向受地层产状、地表坡向共同作用,水平向为沿层面的顺层滑移与向沉降中心汇聚的合成运动结果;（5）沿层面的顺层滑移与地表坡度因素叠加造成采空区地表上山侧岩石受拉产生拉裂缝,下山侧则易产生塌陷坑及裂缝。     

地基InSAR技术及其典型边坡监测应用

为了开展边坡活动实时监测,研究以IBIS-L地基InSAR系统为代表的地基InSAR形变时序分析关键技术,进行针对不同变形特征的观测方案和数据处理方法的优化,并开展了奉节大树场镇灾后滑坡、神农架林区人工不稳定斜坡和备战铁矿露天采矿边坡等边坡活动的监测应用,以及备战铁矿隧道南口冰川运动的监测试验。4种类型边坡地基InSAR监测结果表明,在复杂工作情况下,地基InSAR设备具有较高的观测稳定性,在满足观测条件的情况下,地基InSAR测量精度能达到亚mm级,已成为监测边坡微小形变的重要技术手段。这扩展了形变监测模式从星载InSAR技术的“大尺度、宽覆盖”走向地基InSAR技术的“小尺度、局部精细测量”,进一步丰富了科研人员对边坡变形现象的动力学过程认识,为“星-地”联合InSAR技术监测地表形变过程奠定了技术基础。     

典型黄土丘陵区地质灾害隐患识别与时序监测

宁厦南部地区以黄土丘陵地貌为主,区内沟壑纵横,小型滑坡较为发育,地表形变监测难度大。为探索黄土丘陵区的地质灾害隐患识别方法,以宁夏回族自治区固原市泾源县为研究区,应用SBAS-InSAR技术对采集到的2016年7月—2021年5月的11期升轨L波段ALOS-2数据进行处理,得到形变速率结果。联合高分光学影像,根据形变速率、形变规模、坡度、形变区到承灾体的距离等因素进行综合分析,在泾源县共识别疑似隐患27处。经实地验证,其中22处形变迹象较明显、而且有明确的承灾体,确定为地质灾害隐患。对其中典型隐患点进行时序形变分析,发现这些区域在监测时间段内有持续显著的地表形变,最大沉降速率达到91.53 mm/a。结果表明：在黄土丘陵区,应用L波段SAR数据,采用SBASInSAR技术的地质灾害形变监测效果显著,联合高分辨率的光学影像数据、应用综合遥感识别的方法,在该地区地质灾害隐患识别的正确率较高,具有很好的适用性。未来可编程采集升、降轨结合的L波段数据、结合无人机LiDAR数据做更深入的研究,以进一步提高地质灾害隐患识别的准确率,为地质灾害精准防治做好技术支撑。     

三维激光扫描技术在矿山开采沉降中的应用研究

三维激光扫描技术具有高分辨率、高采样率以及非接触式测量优势,它突破了传统的单点测量模式,非常适用于获取矿山的复杂表面和高危区域的空间三维信息。文章阐述了三维扫描仪的种类、技术原理和在矿山开采沉陷中的应用,同时介绍了三维扫描点云数据的后期处理过程及应用。在工作实例中,通过三维激光扫描仪与精密全站仪所测结果进行了对比分析,结果表明:两种技术方法获取的信息数据基本相符,可以满足生产需要,进一步论证了运用三维激光扫描技术对矿山沉陷区进行监测的可靠性和可行性。     

基于无人机倾斜摄影测量的三维地质建模研究进展

随着现代社会科学技术的不断发展，实景三维中国建设在当前社会生产活动中扮演着越来越重要的角色——逐渐成为数字经济的重要战略性数据资源和生产要素。而近年来兴起的无人机倾斜摄影测量技术通过与三维建模技术结合，在实现实景三维模拟方面表现出色。从无人机机型、三维地质模型和建模软件三个方面进行对比与总结。认为：在进行小范围测量或对航飞数据有高精度要求的情况下，建议优先选择旋翼无人机；ContextCapture具有自动化程度高、一站式建模、操作简单、性能稳定的优点，在建立面模型时建议优先选择该软件。     

基于多源遥感数据的区域地质灾害风险评价——以贵州省纳雍鬃岭煤矿区为例

近年来,时序InSAR技术在地表变形监测方面应用广泛,传统地质灾害风险评价存在时效性较差、动态更新滞后等问题。本文基于信息量-AHP模型与SBAS-InSAR时序技术,首先以覆盖研究区高分影像与2019—2021年SLC级Sentinel-1A C波段雷达数据提取研究区灾害点与变形点,然后选取相对高差、坡度、坡向、NDVI、降雨、距断层距离、距采空区距离、地表形变等8个地质灾害影响因子估算研究区地灾危险性指数;选取GDP、POP、道路、林地、耕地以及工矿用地因子,选用AHP层次分析法赋权计算各个因子易损性指数,最后结合危险性指数、易损性指数构建区域地质灾害区风险评价体系并采取危险性、易损性、二维矩阵表方式对其开展地质灾害风险评价。结果表明:本次基于信息量-AHP模型与SBAS-InSAR技术构建的区域地质灾害风险评价体系较为合理,评价结果具有一定的时效性和合理性。此外,评价结果在矿区生产建设、防灾减灾等有关方面具有重要的现实意义。     

InSAR技术和孕灾背景指标相结合的地灾隐患识别

合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,简称InSAR)是获取地表形变的重要手段,由于InSAR数据获取的限制和数据处理中产生的精度误差等问题,在地灾隐患识别方面的工作还需要联合地质灾害本身进行分析.为此提出了一种基于InSAR技术与研究区孕灾背景指标相结...