时序InSAR多源数据地面沉降监测研究

随着遥感技术的发展,基于时间序列的合成孔径雷达干涉测量(时序InSAR)技术凭借全天时不接触、不易受环境影响、监测效率高等优势,极其适用于对大面积地面进行微小形变应用.通过对时序InSAR多源数据的研究,选取合理的数据源和数据处理方法进一步提高监测精度.     

摆的周期快速测定的摄影记录法

几年来沿用符合法测定周期,由天文表控制时间。由于天文表表速不均匀,所以又用库克二次收录天文台时号来决定表差。这样二次收录下来的时间段精度一般为0.01秒。这个精度就决定了要测定周期达0.5×10~(-7)秒时,测一个间隔所需要的观测时间为24小时。由于周期测定所要求的时间是相对,徐家汇天文台播送的BPV时号的相对精度,名义上已达1·10~(-8),它对测定周期的影响,完全可以不必顾及。本文是采用摄影记录的方法,直接记录下BPV时号,及摆通过的路程,这样测定周期精度仍为0.5·10~(-7)秒时,观测时间只要50分钟就够了。一年来的实践证明,摄影记录法不但测量时间短,而且工作简单。     

地基合成孔径雷达对目标三维形变的监测

形变监测是在各类大型建筑物倒塌、桥梁垮塌、滑坡等灾害事故发生前进行预警的重要手段。地基合成孔径雷达干涉测量技术在形变监测的各类方法中,优势明显并已经得到广泛应用。针对现在GB-SAR只能测量目标一维形变的问题,本文提出了一种平行合成孔径雷达的概念,通过在多孔径干涉技术得到的二维位移基础上,融合平行雷达监测的目标位移数据,准确演算得到目标的三维位移信息,从而反映出目标的真实位移,对于建筑物结构性能的监测和诊断具有重要意义。     

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。     

利用三轨法D-InSAR技术获取玛尼地震形变

雷达差分干涉测量（D-InSAR）技术以其高精度检测雷达视线向形变量的特性,在地学界得到广泛应用。利用三轨法D-InSAR技术提取1997年11月8日西藏玛尼地震的部分垂直形变和水平形变,结果表明：断裂为左旋扭动态势,北盘最大垂直位移约0．7m,南盘最大垂直位移约0．8m,北盘最大水平位移约1．6m,南盘最大水平位移约2．4m。表明三轨法DInSAR技术用于探测地震形变的巨大潜力和优势。     

双介质近景摄影测量用于隧道模型地层移动观测

国产海鸥4A型普通照相机用于双介质摄影测量，解析求定隧道模型地层移动动态。在实验中尝试了在玻璃板两侧布设控制点解析求定玻璃板折光差的方法，推导出在正直摄影条件下关于折光差Δr的严密方程，提出根据摄影测量共线条件，采用多项式最小二乘拟合原理求定双介质折光差的实用方法。该法由于不需要测定折光系数因而可使某些应用问题简化。实验结果表明了这种方法的有效性。本文同时对利用普通照相机进行近景摄影测量系统误差的验后补偿问题进行了探讨。本次实验测定位移在x，y两个方向上的精度为±0.13和±0.17mm，大约为摄影距离的一万分之一。     

用于生物立体量测的激光斑纹法

本文概述两次曝光激光斑纹法的基本原理,并对这种方法在不接触式生物立体定量测量研究中的应用加以讨论。表明由两个或更多的方向同时记录激光斑纹图象(Specklegrams)可以确定目标物的三维移动量。以观测位移矢量原理与投影矩阵相结合为基础的这一分析方法,能将目标物的整体运动分解成刚体的平移和旋转,这种分离法,在强迫位移生物立体测量关系的定量研究中特别有用。     

地基干涉雷达远程微变监测系统精度测试研究

地基干涉雷达远程微变监测系统利用InSAR技术,实现局域性、全天时、全天候、连续观测,是一种相对较新的形变监测技术。本文对北京理工雷科生产的地基InSAR系统进行精度测试分析,设计了不同的实验来验证其标称测量精度和空间分辨率。实验结果表明,该系统测量精度能达到0.1 mm,空间分辨率中方位向分辨率能达到3.53 mrad,距离向分辨能达到0.23 m,可实现高精度的目标微变形监测应用。     

干涉合成孔径雷达地形测图原理及数字模拟

本文详细论述了交叉轨迹干涉合成孔径雷达（ＩＮＳＡＲ）地形测图的原理，使用摄影测量方法导出了ＩＮＳＡＲ地形测图基本数学关系式，分析了目标点高程精度，给出了目标点绝对相位解算方法，进行了６×６公里区域ＩＮＳＡＲ地形测图数字模拟。     

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。     

地表形变D-InSAR监测方法及关键问题分析

总结和分析了地表形变D-InSAR监测的主要方法和当前所面临的主要问题。针对常规D-InSAR技术中大气相位和低相干区域相 位解缠，分别介绍了基于Delaunay三角网的不规则格网解缠方法、累积干涉纹图处理方法（Stacking Interferograms）、永久性 散射体（PS）技术以及角反射器干涉测量（CR-InSAR）方法，分析了各自的适用条件和优缺点。此外，对有限数据量条件下低相干 区域大气相位校正、相干目标识别等问题进行了重点讨论。立足于工程应用需要，分别对D-InSAR测量地表形变的参数选择、测量 结果的精度验证、D-InSAR测量值与形变的关系、大区域处理以及形变场时空演变等问题进行了分析和讨论。     

一种更严密的双介质立体摄影测量折射改正算法

提出一种更严密的双介质立体摄影测量物方坐标折射改正算法。该算法用水下目标的空中同名直线光线公垂线段的中点作为摄影测量交会点的理论位置,解决了空中同名直线光线延长线不相交情况下摄影测量交会点不存在导致的点位关系不确定性问题,使摄影测量交会点到真实物点的坐标折射改正公式能够严格推导出来。分析了空中同名直线光线不相交情况对物方大地坐标折射改正的不利影响,研究了摄影测量交会点与水下真实物点的相互位置关系,推导了水下目标点的水深和大地坐标计算公式(即折射改正公式),通过WorldView-2立体影像浅海海底地形测量试验对算法的正确性和测量精度进行验证。研究表明,不论水下目标的空中同名直线光线延长线是否相交,该算法都是适用的,且能显著改善水下目标的高程测量精度。     

三维激光扫描在滑坡灾害变形中的监测应用

针对滑坡灾害变形,利用三维激光扫描仪采用非接触测量方式对效应靶形变量进行测量,以监测滑坡体的位移量。结果表明,三维激光扫描仪可以对滑坡体变形进行有效监测,滑坡体在强降雨下土层饱和后的变形量精度达到毫米级。     

数字多影像摄影测量结合倾斜航空摄影在Alaska云下测量飞行进行冰河监测

通常对航空测量来说山区的"恶劣的天气"是正常情况。只有在异常好的天气的情况下垂直航空摄影才可以顺利进行。Alaska的沿海山地的天气严重地阻碍测量的进行。为解决测量飞行的条件远不及理想天气的难题,我们提出了一种方法,目前正联合USGS冰河学部门在费尔班克斯,Alaska进行实验。当前主要研究一种新的其实质相当于高山地形学的方法,高山地形学应用近景遥感方法利用低飞行轻型飞机进行数字倾斜航空摄影测量。目前利用专业相机和多影像摄影测量系统以倾斜航空摄影的方式可以提取DEM(数字高程模型),几乎任何敞开窗户的轻型飞机都可以进行这种倾斜摄影。由于采用这种方式飞机不需要直的飞行航线,可以自由的在目标区域上空和周围飞行。这样飞机就可以与空间目标十分接近,获得非常高精度,精度取决于目标的大小和目标与飞机的距离。更重要的是垂直摄影和"山脉飞行"在任何天气都能够获得数据。这种飞行方式对天气的限制条件很少,这一点与垂直航空摄影方式不同,垂直航空摄影要求碧空,无云,但空中强热流使得这些条件无法满足。尤其是针对海洋高山天气环境这种方法占有优势,由于天气条件造成的延误大大减少了。依赖目标区域位置,低空山谷内部和接近摄影目的地的飞行是垂直的。以这种方法云下飞行,并围绕目标且从目标的各个方向以获得测量图像。如果天气允许,可以使用垂直图像并且成为系统的一部分。通常精度与垂直航空相机水平和航摄员摄影水平有关。目前数字多影像摄影测量的自动表面测量的方法是可行的,并获得质量好的结果。相机与DGPS和INS的结合获得近似的相机位置,使得无需测量目标位置的地面控制点(GCP's)。     

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。     

“天绘一号”卫星无地面控制点EFP多功能光束法平差

无地面控制点卫星摄影测量是实现全球测绘的有效手段。实现无地面控制点摄影测量主要途径包括:一是卫星姿态稳定度达到1×10^-6(°/s);二是高精度的姿态测定系统;三是摄影测量光束法平差处理。以往受制于技术等因素, 实现无地面控制点摄影测量只能依靠摄影测量光束法平差技术。“天绘一号”卫星研发了集相机在轨标定、全三线交会光束法平差、角元素低频误差补偿及偏流角效应改正为一体的EFP多功能光束法平差技术, 并通过“天绘一号”卫星影像数据对该技术进行了验证。实验结果表明:无地面控制点定位精度达到10.3 m/5.7 m(平面/高程), 满足测制1:5万比例尺地形图精度要求     

基于SBAS技术的深圳市地表形变监测

星载合成孔径雷达干涉测量技术全天时、全天候条件工作,可大面积、高精度获取地表形变信息,从而为地表形变影响的风险评估提供理论支持。小基线集技术是新近发展起来的用于监测地表形变的新技术,具有监测范围广、精度高等特点。采用28景TerraSAR数据(2013-03—2015-11)进行时间序列处理,提取深圳市主城区的时间系列地表沉降结果。结果表明,大部分地区累计下沉量在-10~10mm之间,部分地区年均下沉量大于-50mm。利用时间序列分析方法找到下沉现象明显的几个区域并进行位移分析,实测数据证实SBAS技术具备监测地表微小形变的能力,可在未来城市形变监测及灾害风险评估中起到关键作用。     

基于InSAR技术的中国地表形变一张图研制

地表形变危害巨大且深远,利用合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）技术监测地表形变虽已较为成熟,但是超大范围,甚至全国范围的地表形变快速提取仍充满挑战。为快速获取全国地表形变信息,设计了一种基于超算并行计算的广域地表形变快速提取优化方法,并对干涉集基线组合方法、广域相位解缠算法、大气效应改正方法等进行了改进和创新。基于该方法,采用10 157景哨兵1号数据,研制了中国全境2021年度40 m分辨率地表形变速率图,经验证形变速率精度为4.82 mm/a,有效覆盖度为94.6%,图幅间无明显接边差异。同时对国内典型地表形变区域进行了分析。研究为广域地表形变常态化快速提取提供了参考。     

一种公共点坐标系转换中的粗差探测方法及其应用

利用近景摄影测量系统进行相似材料模型位移观测,在进行不同状态控制点坐标转换时,控制点的选取存在一定的随意性,且存在监测点配准精度不均等问题。本文基于罗德里格矩阵公式及性质,提出了近景摄影测量相似材料模型试验粗差探测算法。实例应用结果表明,该算法可以剔除粗差点,同时能提高坐标转换的精度。     

借助地面模型进行航空像片GIS正射投影数字化

为更新地理信息系统的数据库，需对单张原始航片数字化的空间数据进行解析改正。用数字地形数据和适宜的水平控制基础可编制共线改正模型。用这种像片数字化方法可在没有摄影测量设备和数字化仪工作站情况下更新空间数据库。数据录入人员不需专门的摄影测量训练。对所测量的地面目标的测试表明，像片数字化法的精度（５．５±３ｍｍ）超过了用现有的野外数据输入方法所达到的精度。野外工作人员拥有数据的所有权并能控制更新过程。该