通过InSAR与GPS数据融合获取汶川地震同震三维形变场

针对In SAR与GPS两类独立的观测数据,利用广义测量平差理论中方差分量估计法,合理分配权重,有效地融合了这两类观测数据,从而估算出了地表在三维方向上的形变场。以四川汶川地震为例,利用In SAR干涉测量结果和一定数量的GPS观测值,通过该方法获取了地震断层两侧高相干区域上三维形变场,清晰地显示了汶川地震的逆冲和右旋走滑分量的位置分布整体特征。结果表明,在EW、SN和UD方向上地表形变量与GPS结果能够很好地吻合,融合结果在三维方向上的均方根误差均不超过5cm,证明了该方法能够得到精度较高的地震同震三维形变场,也揭示了利用方差分量估计法对相互独立数据之间有效融合的可行性。     

基于BFGS法融合InSAR和GPS技术监测地表三维形变

虽然InSAR技术具有高精度、大范围和高空间分辨率等优点,但只能监测雷达视线方向上的一维地表形变;而GPS技术虽可以监测地表的三维形变,但其空间分辨率很低.本文针对融合InSAR和GPS技术监测地表高空间分辨率三维形变展开研究.首先证明了简单的局部最优化迭代算法就能求得综合InSAR和GPS监测地表形变速率的能量函数模型的全局最优估值.随后提出了利用BFGS局部最优算法反演最优的地表三维形变速率.该方法既能避免全局最优化算法计算复杂且难以收敛的问题,又能克服传统的解析法中数值计算不稳定的缺点.最后,通过模拟实验和美国南加州真实数据实验表明,该方法能够得到高精度的地表三维形变速率场.而且当观测或插值误差导致解析法误差较大时,BFGS方法仍能得到高精度、稳定的全局最优解.     

火山Mogi模型形变反演的虚拟观测法及方差分量估计

针对Mogi模型垂直位移与水平位移联合反演中的病态问题,改进火山形变总体最小二乘（Total Least Squares,TLS）联合反演的虚拟观测法,并使用方差分量估计（Variance Components Estimation,VCE）方法确定病态问题的正则化参数.将附有先验信息的参数作为观测方程,与垂直位移和水平位移的观测方程联合解算,推导了三类观测方程联合反演的求解公式及基于总体最小二乘方差分量估计确定正则化参数的表达式,给出了算法的迭代流程.通过算例实验,研究了总体最小二乘联合反演的虚拟观测法在火山Mogi模型形变反演中的应用;算例结果表明,三类数据的联合平差及方差分量估计方法可以确定权比因子并得到修正后的压力源参数,具有一定的实际参考价值.

     

利用InSAR技术研究滇西南镇康—永德地区现今地壳形变特征

基于12景ALOS PALSAR卫星影像,利用InSAR的前沿技术,提取了2007~2010年滇西南镇康—永德一带的平均地壳形变速率和形变时间序列,并结合不同时段的水准和GPS监测结果,从三维角度研究了该区域现今的地壳运动特征。研究结果表明,水准资料显示的镇康—永德一带异常隆起区位于南汀河断裂带附近,范围沿北东—南西方向呈近椭圆形展布。这一地壳形变异常区在数十年尺度上表现为隆升(速率约2~3 mm/a),表明区域具备中强地震孕育的地壳形变背景。而在2007~2013的数年尺度上表现为大幅垂向形变波动,可能反映区域近年来地壳垂直运动比较活跃,应加强跟踪与监视。     

基于方差分量估计的局部似大地水准面精化拟合模型

局部似大地水准面精化中需要进行GPS水准与重力两种水准面的拟合,其中两种观测量精度的权比确定是关键问题,本文提出基于方差分量估计的方法解决这一问题.根据此思路,文中还利用某给定区域的实际资料,对常用的几种似大地水准面拟合方法——多项式拟合、多面函数拟合以及曲面样条插值的函数模型按不等权拟合似大地水准面进行试验.通过某3...     

InSAR高精度观测地震形变场及其三维重建技术研究

正目前,InSAR已成为监测地震同震、震后以及震间断层滑动的重要手段之一,但由于InSAR数据处理过程中存在多种误差的累积使得测量精度受到影响。本文从InSAR形变监测数据处理关键环节入手,系统分析各个关键环节的误差贡献,探讨InSAR误差干扰项的消除方法。在此基础上,研究了利用DEM校正InSAR大气垂直分层延迟相位的方法,进而将这种方法应用于2008年当雄地震同震和震后形变观测;推导了系统和随机2种观测误差在三     

基于MSBAS InSAR技术的沧州市地表形变监测与分析

针对沧州市城市地表形变监测问题,采用SBAS InSAR技术分别处理Sentinel-1A升轨和Sentinel-1B降轨SAR影像,对比分析升、降轨SAR影像监测的沧州市2020年7月至2021年4月地表形变特征;利用MSBAS InSAR技术联合处理升、降轨SAR影像,将沧州市地表形变进行垂向和东西向的二维形变分解,获取沧州市二维形变信息.结果表明,升、降轨SAR影像监测的地表形变位置和分布基本一致,但由于LOS向模糊问题,单独利用升轨或降轨SAR影像监测到的形变区域有所偏移,且无法分离出地表的东西向形变,影响监测结果的精度,MSBAS InSAR技术可以有效解决这一问题,获取更准确的二维形变信息.     

利用InSAR技术研究新疆阿什库勒火山群现今活动性

新疆于田县以南250km处的阿什库勒盆地内部,坐落着由10余座主火山和数十个子火山组成的阿什库勒火山群.该火山群海拔较高,气候恶劣,现今活动性未知.文中基于Envisat ASAR和ALOS PALSAR卫星影像资料,利用干涉图堆叠技术和短基线集合成孔径雷达干涉测量技术提取了阿什库勒火山群地区2003-2010年的地表形变场,并据此分析了火山的现今活动状态.结果表明,2008年于田地震之前(2003-2007年),阿什库勒火山群地区比较稳定,形变不明显;2008年于田地震之后(2008-2010年),阿什库勒火山群地区整体有沿雷达视线方向隆升的态势,累积最大约1cm,为震后块体应力调整的结果,并非火山活动引起的地表形变.而于田地震地表同震破裂带北端则显示出了较强的东向水平运动和垂向下沉运动的形变态势,累积最大约6cm.     

L波段InSAR数据观测的北京及其周边2007—2010年间累计地壳形变基本特征

地壳形变是评估地震灾害和地质灾害的重要依据之一。 北京及其周边地区的形变状况一直以来缺乏全面、 可靠的观测数据, 阻碍了对该地区这两种灾害的客观认识。 本研究利用L波段InSAR形变观测数据, 调查北京及其周边190 km×150 km范围内, 约3年时间内的累积地壳形变, 详细给出北京地区2007—2010年间的地壳形变基本特征, 为认识该地区的灾害提供参考。 研究结果显示, 该地区主要地壳形变源为地下水开采造成的地面沉降, 观测时间内累积的最大雷达视线向形变达到了37.6 cm。 地面沉降的严重影响, 以及大气噪声的干扰, 造成活动构造变形很难从现有数据定量分辨出来, 但可以确定在此观测期间内较大尺度(长度>50~100 km)的断层活动及其构造变形比较微弱, 对北京地区的地壳形变贡献较小。 最重要的一点是, 北京地区的地壳形变呈条块状分布, 清晰显示地面沉降与活动构造, 特别是NW走向的南口—孙河断层, 存在较强的相关性。     

基于Sentinel-1 SAR数据的黑河上游冻土形变时序InSAR监测

多年冻土活动层变化导致冻土区大范围地面变形,严重破坏区域内基础设施和水文地质条件,亟需加强活动层季节冻融过程的观测研究.本文提出一种基于分布式目标的小基线集时序InSAR（DSs-SBAS）的冻土形变监测方法.该方法采用分布式目标提取和特征值分解算法,并结合基于地温-形变约束关系的参考点选取新策略,提高了冻土形变监测结果的时空分辨率和可靠性.以祁连山黑河西支源头的野牛沟为研究区域,通过对27景Sentinel-1 SAR影像进行时序InSAR分析,获取了2014-2016年该区多年冻土的形变时间序列和年均形变速率,并利用Stefan模型联合地温数据估算其季节性形变幅度.实地踏勘和结果分析表明：（1）研究区大部分多年冻土处于稳定状态（-1.0~+1.0 cm·a^-1）,在地形陡峭的南坡边缘及含冰量丰富的野牛沟河上游两侧沟底部分区域存在较大形变;（2）区域内冻土形变时间序列呈现年周期变化,冻土冻融形变存在季节性周期形变和季节性波动下沉两种形变特征,形变幅度和速率最大可达6.0 cm和-3.0 cm·a^-1;（3）不同区域的活动层冻结/融化始日和冻土形变存在明显差异,主要和冻土地貌、土壤类型以及活动层厚度有关.本文提出的方法在青藏高原多年冻土区大范围冻融监测和活动层厚度反演研究方面具有很大的应用潜力.

     

基于时间序列的InSAR相干性量级估计

本文提出了一种适用于InSAR数据处理的自适应相干性量级估计方法,该方法能够满足复信号随机平稳的假设前提,并兼顾运算效率与估计精度.此方法生成的相干图具有很好的分布特征,避免了影像空间分辨率的损失.提出的算法分为两个步骤:(1)根据地物后向散射特性,对时间序列SAR影像进行聚类分析,选择具有同分布的样本,保证SAR影像质地平稳条件;(2)对干涉图进行条纹频率估计,采用极大似然(ML)条纹频率估计方法去除系统相位引起的复信号非平稳性,并根据Cramer-Rao边界条件改善条纹频率的估计精度.以美国南加州洛杉矶地区的ENVISAT ASAR数据集为例,本文将新方法与现有方法进行了量化分析.结果表明,较传统方法而言,基于时间序列的相干性估计方法能够得到更可靠、精度更高、空间特征更鲜明的干涉相干图.     

玛尼地震的InSAR形变研究与模拟

采用欧洲空间局ERS-2的星载干涉雷达数据,选取1997年11月8日MW7.6级玛尼地震作为研究对象,采用了差分干涉方法,在通过对覆盖同一地区的SAR数据进行差分干涉处理,得到了玛尼地震的视线向同震形变场。经研究发现:该地震形变场呈长轴近北东东向不规则椭圆形分布,地表破裂带长度约为130km,发震断层走向约为78°,断裂为左行走滑特征。断层以南为隆起区,在发震断层附近最大视线向隆起位移量为113.6cm,断层以北为沉降区,最大视线向沉降位移量为170.4cm。基于Okada模型实现了具有复杂结构的4段断层段参数的InSAR形变场数据模拟,获得断层的最大走滑为6m,估计出玛尼地震的标量地震矩M0为2.69×10^20Nm,计算得到的矩震级MW为7.6。证明了研究方法的正确性和研究结论的可靠性。     

Simulating pumping-induced regional land subsidence with the use of InSAR and field data in the Toluca Valley, Mexico

A multidisciplinary approach is presented here for quantifying land subsidence in a heavily pumped aquifer system with complex stratigraphy. The methodology consists in incorporating Terzaghi’s 1D instantaneous compaction principle into a 3D groundwater flow model that is then applied and calibrated to reproduce observed hydraulic heads and compaction for the Toluca Valley, Mexico. Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar (D-InSAR), a generated 3D-geological model, extensometers, monitoring wells, and available literature are used to constrain the model. The D-InSAR measured subsidence, extensometers, and numerical simulations of subsidence agree relatively well. Simulations show that since regional subsidence began in the mid 1960s there has been up to 2 m of subsidence in the industrial corridor, where heavy pumping and thick clay layers are found. This study shows that an approach using various sources of data is useful in estimating and constraining the vertical component of the inelastic skeletal specific storage.     

基于迭代融合的InSAR技术获取数字高程模型研究

数字高程模型是重要的地理空间数据,可以提供丰富的地形信息.为了获得时效性好、分辨率高的数字高程模型,本文以南京市为实验区域,利用德国宇航局TerraSAR-X卫星同一轨道上的两幅StripMap模式SAR影像对,主从影像时间间隔只有66天,空间分辨率为3 m.采用InSAR技术,通过迭代的方法来提高获取DEM的分辨率,并结合JAXA/EORC提供的AW3D30数字表面模型与迭代后的DEM进行融合来解决阴影等问题,最终获取了南京地区的高精度数字高程模型.将实验结果分别与90 m分辨率的SRTM、30 m分辨率的ASTER GDEM、30 m分辨率的AW3D30进行相互对比分析.结果表明,相比三种常用的DEM而言,本文获取的DEM能够更精确的获取地面的细节信息,特别是对于分布稀疏的大型单体建筑物,能够很好的恢复其三维信息,但是对于建筑物分布较为密集的区域,由于传感器视线受阻,不能观测建筑物的全貌,阴影分布较多,导致此类区域的DEM结果不理想,还需进一步深入研究,提高精度及可靠性.     

基于压缩感知的加权MCA地震数据重构方法

地震数据规则化重构是地震资料处理十分重要的基础性工作.压缩感知理论打破了香农采样定理的制约,利用信号在某个变换域的稀疏特性重构出完整的信号,在地震数据重构领域得到了很好的应用.深反射地震剖面大都布置在地质构造比较复杂的区段,复杂的地质构造使深反射地震剖面上的波阻特征复杂,采用单一稀疏变换不能最有效地表征数据的内部结构特征.MCA（形态成分分析）方法将信号分解为几种形态特征区别明显的分量来逼近数据的内部复杂结构,但是对各成分简单的叠加仍然无法有效地描述复杂构造数据的各种特征.结合两种方法的优点,本文提出了一种新的基于压缩感知的重构算法框架,在MCA方法的基础上对各稀疏字典进行加权,在迭代中不断更新各个稀疏字典的权值系数,对信号内部的各种特征进行最优描述,从而实现对信号的高质量重构.模型测试和实际资料处理结果表明：基于压缩感知的加权MCA方法不仅可以对地质构造复杂的地震数据进行高效的插值重建,而且可以很好的消除空间假频.

     

基于最小二乘反演的半航空瞬变电磁纯二次场数据运动噪声去除方法

半航空瞬变电磁法(Semi-Airborne Transient Electromagnetic Method, SATEM)通过在地面布置发射源, 在空中接收信号, 是一种新兴的地球物理勘探方法.在数据采集过程中, 由于接收线圈持续运动和摆动, 产生较大的运动噪声, 导致采集的数据不能直接使用.同时, 瞬变电磁只在关断之后进行数据采集, 获得的数据是非全时的, 为数据预处理过程中的运动噪声去除带来困难.为有效去除非全时半航空瞬变电磁数据中的运动噪声, 本文首先将非全时电磁数据延拓至全时长, 基于傅里叶级数构造了半航空瞬变电磁晚期数据运动噪声超定线性方程组, 通过最小二乘反演求解运动噪声, 并将所获得运动噪声从原数据中剔除.通过对仿真数据和实测数据进行去噪, 其能够有效识别并剔除数据中的运动噪声, 去噪效果良好.