PSP-InSAR技术在地铁沿线的形变监测应用

基于56景COSMO-SkyMed影像,本文采用PSP-InSAR技术对杭州地铁2号线沿线500 m范围进行地面沉降监测,并对形变区的位置、面积和数量进行了统计,在此基础上提取形变梯度大于0.1 mm/m的累计形变量点并开展比对分析。结果表明:①虽然地表形变集中区、形变严重区和形变梯度较大区域有着高度的重叠,但部分形变集中区内形变量和形变梯度并不大,也存在形变平稳区段形变梯度却较为显著现象,因此单从一个角度分析地铁沿线的形变,易增加漏检和错检的概率。②PSP-InSAR技术可从空间上完整表现地铁线上沉降的分布特征,对于地铁竣工运营期间的沉降监测具有显著意义,可为地铁的运营维护提供依据。     

城市场景时序InSAR形变解译:问题分析与研究进展

时序InSAR(interferometric synthetic aperture radar)技术可以提供周期性形变监测,已经广泛应用于地表沉降和基础设施形变监测等工作,为城市安全和可持续发展提供重要保障。然而,由于城市场景的复杂性,InSAR精细监测以及形变信号解译仍然是一个难题和挑战。从时序InSAR相干点与地物目标映射关系不确定性为切入点,剖析了这种不确定性带来的形变解译问题,包括：（1）精细形变监测,即形变信号“在哪里”;（2）形变机制和驱动因素认知,即形变信号“是什么”;（3）形变信号对观测事件的反映,即考虑城市场景下的合成孔径雷达信号的复杂散射机制。引入了时序InSAR监测体系下InSAR相干点的描述框架,包括运动学特征、几何参数、语义信息、物理属性,并回顾了InSAR相干点参数提取与形变解译的研究进展。基于InSAR相干点几何参数、语义信息、物理属性的综合形变解译与机制认知将是未来城市场景精细形变监测、识别和安全评估等服务的关键。     

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.     

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。     

时序InSAR水库大坝形变监测应用研究

合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）作为近年来迅速发展的空间大地测量新技术,具有监测精度高、范围大、空间覆盖连续等优点,是解决水利工程形变监测时空连续性问题的有力手段。针对时序InSAR水库大坝形变监测应用中存在的问题,结合环境特殊性和复杂性,研究适合实际需求的时序InSAR分析方法。广南水库的应用实践表明,时序InSAR方法可探测到坝体表面高质量的散射体目标并提取较高精度的形变序列,验证了其对水库大坝、防潮堤等水工建筑物进行形变监测的有效性。时序InSAR形变监测方法在水库安全状况普查及形变历史回溯中具有巨大的应用潜力。     

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。     

PS InSAR技术在地表形变监测中的应用研究

利用InSAR技术监测地表形变,是目前国际上遥感领域发展较前沿的研究课题,而PSInSAR技术是InSAR技术的改进和提高。分析了制约InSAR技术监测地表形变的因素,介绍了PSInSAR的基本原理和数据处理的关键技术,结合国内外PSInSAR的应用现状展望了发展前景。     

三维激光扫描技术在城市隧洞形变监测中的应用

三维激光扫描技术具有易操作、高精度、低成本的优势,逐渐广泛的应用于各项工程测绘及监测领域。本文以广东省广州市地铁1号线某段为监测对象,经过两期次监测,通过计算、分析,认为隧洞水平方向最大位移量为6.1 mm,垂直方向最大位移量为2.6 mm,且具有垂直方向形变量大于水平方向形变量的特征。实践表明,将三维激光扫描技术应用于城市隧洞形变监测中,不仅可以获得隧洞整体形变特征,而且能够获得精确的形变量信息,为城市隧洞形变治理提供可靠的依据。     

基于时序InSAR技术监测大桥历史形变

2019-06-14,河源市源城区东江大桥第三跨第二桥墩以及第四跨第三桥墩出现了垮塌,此次事故造成了人员伤亡和重大经济损失.为了分析此次灾害事故发生发展的成因,本研究获取了Sentinel-1A雷达卫星2018年12月至2019年6月的历史影像数据,基于时序InSAR技术手段处理得到了该监测时间段内的历史形变信息.研究...     

时间序列InSAR技术中的形变模型研究

时间序列InSAR技术,包括PS-InSAR技术和小基线集InSAR技术, 能有效克服传统D-InSAR的失相干限制, 逐步成为形变测量中的实用化技术。但是, 现有时间序列InSAR技术主要采用线性函数对真实形变进行模拟, 在真实形变呈现强烈的非线性时, 这种处理将不能得到正确的形变结果。本文就时间序列InSAR的形变模型问题展开研究, 首先从干涉相位模型解算的方法入手, 深入分析了线性形变模型的不足, 当干涉点目标的密度不够并且真实形变的非线性较强时, 干涉相位方程的解将会发散。根据魏尔斯特拉斯逼近定理, 提出以高阶多项式取代线性形变模型, 并给出了基于多项式形变模型的干涉相位方程解算方法。 利用太原市2003-2009年的23景ENVISAT ASAR影像, 分别采用线性形变模型和三次多项式形变模型, 利用小基线集技术进行了形变反演。将这两种方法得到的结果分别与水准测量结果进行了比较。结果表明, 采用多项式形变模型不仅能取得更高的形变测量精度,而且能提高点目标的密度。由于高阶多项式总能比低阶多项式更准确地拟合连续函数, 因此本文提出的多项式形变模型在时间序列InSAR形变监测中具有广泛的应用价值。     

基于InSAR技术对西部高山地区DEM的重建

合成孔径雷达干涉测量技术是一种获取地面数字高程模型(DEM)的新技术.介绍利用InSAR获取DEM的基本流程,阐述相位解缠的理论方法以及基线估计中获取地面控制点的方法与原则,通过实验获取西部某高山地区的DEM,并与SRTM DEM作比较、分析,总结出其存在局限性的原因.     

基于ArcGIS的城市建筑物日照分析及应用

文章以哈尔滨市某小区为研究对象,采用了山体阴影和太阳阴影体两种方法,通过ArcGIS软件平台分别构建了建筑物日照分析模型,并在有效日照时间段进行了城市建筑物的时态模拟。按照我国住宅建筑日照标准,考虑了建筑物和窗口,研究建筑物日照和阴影遮挡的情况,提出了适用于从整体到局部的城市建筑物精细化日照分析方案。实验结果表明:两种方法都能满足不符合日照标准建筑物的判定要求,但两者模拟结果有所差别,前者约占建筑物总数27.5%,而后者约占建筑物总数14.2%,且窗口约占建筑物窗口总数34.8%。本研究结果可为城市规划与设计提供依据,通过构建自动化城市建筑物日照分析模型,拓展了GIS在建筑物日照分析中的应用。     

时序InSAR 技术对大连主城区沉降分析

针对大连市海水入侵加剧地表变形等问题,文中通过时序InSAR技术对大连市主城区2018年11月8日—2020年10月28日的30景Sentinel-1A影像进行地表沉降分析,最终得到大连市两年内的平均沉降速率和时序形变量。同时将PS-InSAR技术和SBAS-InSAR技术获得的两种形变监测结果进行交叉验证,根据时序监测的沉降信息和沉降发育特征分析大连市主城区近两年地面沉降的主要原因。利用时序InSAR技术的优势在于能在大范围地表变形监测过程中克服一定程度的时间、空间以及大气等因素对监测结果的影响。结果表明,该地区沉降和地下水入侵及人类工程建设有关,且两种技术所获得的变形结果基本一致,证明两种方法在该地区监测的可靠性。     

融合InSAR技术的矿区大梯度形变研究

针对矿区开采沉陷沉降量级大、形变剧烈,传统InSAR技术监测过程易出现影像失相干,监测精度较低的问题,以山西省某矿区9103工作面为例,提出SBAS-InSAR和Offset-tracking技术联合监测的方法.采用SBAS-InSAR监测沉陷盆地边缘地区微小形变,采用Offset-tracking技术监测沉陷盆地中心区域大梯度形变,并将二者的形变信息进行融合,从而获得整个采掘工作面上方地表时空变化规律.研究表明,其监测结果与实测数据吻合度较好,满足开采沉陷监测的一般精度要求,融合SBAS-InSAR和Offset-tracking技术可以有效地解决传统InSAR技术只能监测微小形变的问题,为矿区开采沉陷大梯度形变监测以及环境治理提供新的理论思路.     

基于VR的建筑物仿真与交互技术

在建筑展示中运用先进的虚拟现实技术,可以更好地满足全面生动展示建筑物的要求,使人产生身临其境的感觉.本文以某虚拟小区漫游系统的实现为例,探讨了通过VRML构建建筑模型、背景和辅助场景以及利用VRML与JavaScript通信等技术实现虚拟小区漫游系统丰富的交互功能的方法,为VRML在三维建筑场景的展示、漫游等方面的应用...     

基于InSAR技术和GS-SVR算法的矿区地表开采沉陷预计

我国西部黄土高原地区土质疏松,沟壑纵横,开采损害特征明显,准确预计开采引起的地表移动和变形趋势有助于为矿区灾害提供预警信息。文中以陕西彬长矿区某工作面为例,利用2007年7月—2008年1月的5幅SAR影像对矿区地面进行监测,将合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术得到的监测成果作为训练样本,与网格搜索算法(GS)优化支持向量机回归(SVR)参数算法结合,对矿区的形变点进行沉降预计。结果表明:InSAR技术获取矿区的沉降量可以满足矿区地表沉陷监测预计,结合GS-SVR预计模型可以实现矿区形变点的沉陷预计,预测精度符合工程的应用需求。     

一种矢量瓦片的时序InSAR形变可视化方法

针对InSAR地面沉降数据在网络环境下实时可视化渲染速度缓慢、空间分析交互性差、时序演变难度大的问题,提出了适用于地面沉降数据空间分析和时序表达的矢量瓦片制作方法并运用矢量瓦片技术在网页端实现快速可视化:①在传统抽稀算法的基础上对矢量瓦片层级间的抽稀算法进行改进;②以时间为尺度对累计沉降量数据进行分割存储,便于多尺度、多时序对InSAR数据进行表达和分析;③以抚顺市采煤沉陷区时序InSAR累计沉降量数据为实验数据进行验证.实验表明,网页端可快速、高效、灵活地加载矢量瓦片来展示地面沉降的空间分布情况和时空变化特征.     

多视立体网格的城市建筑物三维建模

针对城市建筑通常是由平面屋顶和垂直墙体连接而成的分段平面对象,该文提出了一个大规模城市建筑物的有效建模框架,在该框架中有两个主要步骤:分类和建模.首先采用基于征集的随机森林分类方法将大范围场景进行分割,然后采用假设和选择的建模策略对多种建筑物进行三维建模.该算法以多视点立体视觉系统生成的曲面网格为输入,输出具有不同细节层次的简化三维模型.实验表明,该方法能对多种外观的建筑物进行不同细节层次的建模,模型外观简洁规整,并能在一定程度上弥补原始数据中的噪声和遮挡问题.     

GIS多准则的城市垃圾楼空间布局优化选址

针对城市公共设施的传统选址方法较少考虑空间维度因素的问题,该文提出了基于地理信息系统(GIS)多准则的城市公共设施选址模型,利用GIS多准则技术基于空间维度分析了城市自然环境和人文要素等综合影响下的公共设施选址方法,并以城市垃圾楼选址为例进行了实例应用。实验结果表明:该方法不仅充分考虑了城市复杂的地理环境,还深度探究了影响城市公共设施选址的综合性因素。