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Sentinel-1A SAR数据的呼和浩特城区地表形变分析

为了实现对呼和浩特市城区形变监测,采用永久散射体合成孔径雷达干涉测量（PS-InSAR）技术,对2017年3月—2021年4月期间25景呼和浩特市城区Sentinel-1A数据进行时序干涉处理,提取了城区地表沉降信息,并分析了主要沉降中心沉降原因。结果表明：呼和浩特市城区地表存在5个明显的沉降中心,整体地表平均年沉降速率3.65 mm/a,平均累计沉降量为15.50 mm,其沉降主要原因是由于地下水过度开采。Sentinel-1A数据具有时间基线短、影像数量足、数据免费等优点,利于InSAR时序分析,可满足同类城区地表形变监测工作,服务城市安全。     

“空天地”一体化技术在采空区形变监测中的应用CSCD

河北滦平县张百湾镇周台子村由于多年矿山开采遗留下大量的采空区,部分采空区未做任何处理存在塌陷隐患,严重制约当地的经济发展和社会稳定。对该地区采空区形变调查和实地监测十分有必要。文中综合应用合成孔径雷达干涉测量技术、无人机摄影测量技术、三维激光扫描技术对采空区的空间分布进行划分确定和形变监测。首先应用小基线集技术对采空区进行地表形变解算。然后应用无人机数据构建研究区的三维模型,并通过多期无人机航飞数据,计算2次航飞间地表变化,佐证InSAR技术的结果。最后应用三维激光扫描技术,对部分重点区域进行三维激光扫描,建立采空区精细化模型。研究结果表明,三种技术的联合监测结果表现出高度的一致性,其中InSAR技术探测出研究区最大形变速率-25 mm/a,结合2期无人机正射模型DEM与三维激光扫描数据差分结果确定出采空区17处的高风险区域,部分区域对居民区和道路有影响。基于“空天地”一体化技术具有较高的可靠性,可应用于矿区采空区形变调查和地面沉降监测。     

升降轨Sentinel-1A时序InSAR的中川国际机场地表形变监测与分析

可靠地监测基础设施的形变对于评估其结构健康至关重要。本文以中川国际机场为研究区,基于46景升轨和45景降轨Sentinel-1A雷达影像,使用SBASInSAR和PSInSAR技术获取了中川国际机场2017年3月27日至2020年3月23日、2017年3月20日至2020年3月28日的地表形变速率以及时序位移量,并采用内、外部检验的方式对4种监测结果进行了评定。同时结合相干性系数均值、直方图统计、形变速率方差及其标准差,选取最理想的形变结果从人为因素和自然因素分析了中川国际机场地表形变的成因。结果表明:4种形变结果总体较为一致,不同轨道模式数据采用同种时序InSAR技术所得监测点的方差和标准差较为接近,同种轨道模式数据采用不同时序InSAR技术的形变结果略有差异,SBASInSAR相比PSInSAR的监测结果更为稳健。中川国际机场存有零散的沉降区,机场西南角的形变最显著,最大的垂直沉降速率达11 mm·a-1。中川国际机场的地表形变与道路网、内部扩建等人为因素有关,地层界线与机场内部形变不直接相关,地表沉降区与岩性关联紧密。在进一步推进中川国际机场建设的同时,应避免过度人为活动带来的消极影响。研究结果以期为中川国际机场的土地利用规划以及灾害防治提供指导意见与相关信息。     

蔚县矿区地面沉陷InSAR多维形变监测

河北蔚县是我国华北地区最大的地下采煤区之一,该地区长期存在采矿塌陷灾害,不仅威胁采矿安全,而且严重破坏当地生态环境。本文基于合成孔径雷达干涉（InSAR）这一新型空间对地观测技术,采用61景Sentinel-1A/B干涉宽幅（Interferometric Wide swath,IW）模式数据进行矿区形变观测,获取整个矿区在2017—2018年间的地表形变空间分布特征,并对矿区地表的沉降量级及面积进行详细的统计分析。此外,采用融合多轨道SAR数据的多维形变时序估计方法,对西细庄矿数据进行东西向和垂向的二维形变分解,获取该矿的二维形变时间序列。结果表明:除南留庄井田外,其余三大井田在监测期间均存在不同程度的地面沉陷灾害;整个矿区年沉陷速率超过-10 cm/a的区域达到了2.16 km2;受成像几何影响,不同轨道数据获取的形变结果存在一定差异;西细庄矿以垂向形变为主,伴随明显的东西向水平形变。研究结果为蔚县矿区地面沉陷监测与煤矿安全开采提供数据参考。      

基于时序InSAR的山西大同煤田地表沉降监测及时空演化分析

【研究目的 】地表沉降作为煤矿区主要地质灾害之一,严重影响矿区经济的可持续发展和居民生活的安全稳定,有必要对矿区地表沉降进行快速高效监测。【研究方法 】以大同煤田为例,研究使用2020年1月至2021年12月共31景Sentinel-1影像,基于短基线集干涉测量技术（Small Baseline Subset InSAR,SBAS-InSAR）对地表沉降进行监测,获取大同煤田地表沉降速率和累计沉降结果,使用已有研究成果对监测结果的可靠性进行验证,并分析了沉降时空变化特征及演化规律。【研究结果 】大同煤田地表沉降分布较广,沉降总体分布趋势与大同煤田矿业管理数据的走向基本一致。沉降主要分布在大同市南郊区西部以及大同市、怀仁市和山阴县交界处,其中塔山矿地表沉降最为严重,大同煤田最大沉降速率为168.03 mm/a,最大累计沉降量为329.12 mm,总沉降面积为270.95 km2,且沉降呈现持续增加的趋势,根据沉降趋势推断需要较长时间才能实现地表活动相对稳定。【结论 】研究表明了InSAR技术在煤矿区沉降监测的可行性,可为矿产资源管理工作提供新的技术方法,研究结果可为煤矿区沉降监测预警、灾...     

基于时序InSAR的西南科技大学地表形变监测与分析

以西南科技大学青义校区为研究区,利用SBAS-InSAR和PS-InSAR对52景升轨Sentinel-1A雷达影像,分别获取了研究区2017年6月至2020年11月的地表形变速率及时序形变量。结合相干性系数、形变速率、方差及标准差对两种时序InSAR结果进行检验对比,从自然、人为因素两方面探讨了研究区地表形变机理与演化过程。结果表明：研究区存在多处显著沉降,最大垂直沉降速率可达15 mm/a,地表形变与学生公寓楼、道路扩建等人为因素有关,地表沉降区与强降雨、岩性及地势地貌关联紧密,地层界线与地表形变不显著相关。相较而言,两种监测结果总体一致性较好,SBAS-InSAR相比PS-InSAR的监测结果稳健性更好。     

时间序列InSAR技术广域地表形变监测——以湖北省为例

中国地质灾害点分布较为广泛,人工调查和排查的手段在特殊地区无法开展地质灾害隐患的识别,为了满足大区域地质灾害普查的需要,提出利用时序InSAR技术对广域地表进行形变监测。本文利用4个轨道92景Sentinel 1影像,基于小基线子集技术,首先,基于特定的时空基线阈值筛选影像集合;其次,利用轨道参数与强度信息进行影像配准,同时利用DEM去除地形相位;然后,通过两次形变反演剔除大气延迟相位与噪声相位;最后,将视线向形变量转换为垂直向形变,生成湖北省省域沉降普查图。结果表明,全省最大沉降速率达51 mm·a-1,荆门市石膏矿区存在缓慢沉降,最大年沉降速率为212 mm·a-1,通过历史灾害资料及实地调查核实,时间序列InSAR技术在广域地表形变监测中的有效性,为全省地质灾害普查提供一种技术支持。     

综合InSAR技术和多源SAR数据在滑坡变形监测中的应用——以吉林治新村滑坡为例

为实现对吉林省治新村滑坡的有效监测,文章选取2017年27景Sentinel-1A数据,基于小基线雷达干涉测量技术(SBAS-InSAR)对治新村滑坡进行形变监测,分析了其时序演化态势。选用2016、2017年2景ALOS-2数据,采用差分雷达干涉测量技术(D-InSAR)监测了该滑坡形变体的特征。SBAS-InSAR对滑坡形变时序演化态势进行监测,而D-InSAR则主要对滑坡具体的形变体进行形变监测,且L波段的ALOS-2数据穿透性强于C波段的Sentinel-1A数据,可以获得更完整的干涉信息,两者监测结果可交叉验证,提高结果的可靠性。SBAS-InSAR监测结果表明：治新村滑坡汇水区滑坡后缘在监测期间发生了沉降,并且在2017年7月5—29日期间滑坡后缘地表沉降达12.47 mm,监测期间平均沉降速率为2.88 mm/a;位于山谷的受威胁居民区发生了抬升,至2017年12月8日平均累计抬升达19.59 mm,监测期间平均抬升速率19.99 mm/a。D-InSAR结果显示：治新村滑坡汇水区斜坡存在5处主要变形体,面积最大变形体17 973 m²,位于西侧斜坡...     

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。     

西藏然乌地区地质灾害隐患点InSAR识别与监测

西藏藏东南地区地处青藏高原东南部,地势陡峭。多期次板块构造运动、岩体间相互挤压运动导致地质灾害频繁发生且规模大。针对该区域的地质灾害调查与监测研究工作对防灾减灾具有重要意义。文章以藏东南然乌地区为研究区,分别利用升降轨Sentinel-1A卫星数据对该区域隐患灾害点进行识别,并分析了SAR影像几何畸变对地质灾害识别的影响。通过对InSAR监测结果进行分析,文章最终共圈定了区域内的滑坡、冰川隐患灾害点67处。同时,为了更好的分析灾害体的形变特征和规律,选取了然乌区域安目错北岸三处典型冰川灾害体,利用多维小基线子集（MSBAS）技术获取了坡体的二维(水平东西向和垂直向)形变速率和时间序列。通过对吉穷隆冰川、迫弄冰川和瓦巴村冰川三处典型冰川的形变时间序列结果进行分析,发现从2018年1月到2020年10月,三个冰川水平东西方向上的最大累计位移量分别达到了202 mm、283 mm、194 mm,垂直方向上最大累计位移量分别达到了97 mm、?155 mm、?163 mm。水平方向上三处典型冰川表现为加速变形趋势,垂直方向上表现为缓慢蠕滑变形趋势。同时分析了瓦巴村冰川二维形变时间序列与降雨量和温度相关性,结果表明降雨和温度的变化对坡体冰川形变具有一定的影响。研究成果对高山峡谷区地质灾害隐患点的识别具有较好的参考价值。     

基于时序InSAR技术的甘肃金川铜镍矿区地表沉降研究

文章采用时序InSAR技术对甘肃省金川铜镍矿区域地表沉降规律开展研究.利用Senti-nel-1A干涉影像,基于SBAS-InSAR技术和时序D-InSAR技术,反演2018年1月-11月金川铜镍矿区域地表沉降.经过2种技术结果对比及验证分析表明,2018年矿区有2个沉降漏斗,分别是西二采区5-7行和老矿坑.西二采区5...     

Environmental Investigation and Evaluation of Land Subsidence in the Datong Coalfield Based on InSAR Technology

Heavy mining of Jurassic and Carboniferous horizontal coal seams in the Datong coalfield has seriously affected the local geological environment, which is mainly manifested by such geohazards as soil avalanches, landslides, mudflows, surface subsidence, surface cracks, surface solid waste accumulation and surface deformation. More seriously, coal mining causes groundwater to leak. Overpumping of groundwater has resulted in substantial land subsidence of the urban area in Datong City. Based on the previous geo-environmental investigation in the work area, the authors used radar remote sensing techniques such as InSAR （synthetic aperture radar interferometry） and D-InSAR （differential synthetic aperture radar interferometry）, supplemented by the optical remote sensing method, for geo-environmental investigation to ascertain the geo-environmental background of the Datong Jurassic and Carboniferous-Permian coalfield and evaluate the effects of the geohazards, thus providing a basis for the geo-environmental protection, geohazard control and prevention, land improvement and optimization of the human environment. In this study 8 cog-nominal ERS-1/2 SAR data frames during 1992 to 2003 were used, but the following processing was made： （1） the multitemporal SAR magnitude images were used to interpret the geological structure, vegetation, microgeomorphology and drainage system; （2） the multi-temporal InSAR coherent images were used to make a classification of surface features and evaluate the coherence change due to coal mining; and （3） the multi-temporal cog-nominal SAR images were used to complete D-InSAR processing to remove the information of differential deformation areas （sites）. In the end, a ten-year time series of differential interferograms were obtained using the multi-temporal cog-nominal SAR images. In the tests, 84 deformed areas （sites） were obtained, belonging to those in 1993-1996, 1996-1997, 1997-1998, 1998-2001, 1998-2002 and 2001-2003 respectively. Of the 84 areas, 44 are m     

Integrated analysis of SAR interferometric and geological data for investigating long-term reclamation settlement of Chek Lap Kok Airport,Hong Kong

We investigated the long-term reclamation settlement of Chek Lap Kok Airport, Hong Kong, one of the largest reclamation projects worldwide. An advanced InSAR technique was applied to two independent ASAR data sets along ascending (25 scenes) and descending (22 scenes) orbits acquired between 2003 and 2008, and allowed us to generate deformation velocity maps and displacement time series for the investigated area. Intercomparison of deformation velocity results from the two ASAR data sets and their validation against leveling survey measurements were carried out in order to assess accuracy and reliability of the InSAR observations. The intercomparison and validation results demonstrated the potential of elaborate InSAR processes on local-scale areas to monitor and detect a long-term residual settlement in such complex reclamation area. The InSAR-derived deformation velocity maps showed a fair stability in areas of the two original rocky islands of Chek Lap Kok and Lam Chau, and on most of the buildings at the site due to foundation on piles reaching the granite bedrock, whereas a generally moderate (3–7 mm/year) to strong (> 10 mm/year) and spatially variable settlement trend was detected in the majority of reclamation areas of the airport. The consistent relationship we found between the observed settlement pattern and the underlying geological conditions suggested that this recoded differential settlement was mainly related to the variations in thickness and soil properties of both the fill materials and the alluvial deposits below the reclamation. A geological and geotechnical interpretation of the lithostratigraphy of the alluvial deposits beneath the reclamation implied that the relatively large settlement rate measured up to 2008 was resulted from a still active primary consolidation process.     

Recent terrestrial and satellite observations to model deformations at Colli Albani volcano (central Italy)

The Colli Albani volcanic complex (Rome, Italy) has been dominated by episodic eruptions commencing around 561?ka and ending with the most recent activity of the Albano maar phase (<70?ka). Earthquakes of moderate intensity, gas emissions and significant ground deformations are the recent evidences of a residual activity. Former geodetic data from leveling surveys, GPS stations and InSAR observations tracked ongoing significant uplift of the order of few mm/year near the Colli Albani western flank. Different uplift rates were detected by each technique in different time spans, suggesting also the possibility of sporadic recharge of the hydrothermal system. The renewed high precision leveling data from IGMI survey carried out in 1997/1999 and the last leveling survey carried out in 2006 show that the uplift along the route is currently significant at an average rate of ~3?mm/year. Radar interferograms from ALOS satellite show uplift rate of ~6?mm/year, southwest of the central sector of the leveling route. We have undertaken a joint inversion of the various geodetic data (vertical rates from leveling surveys, GPS site velocities and InSAR observations acquired by ALOS satellite) using a nonlinear inversion technique to estimate the parameters of a point-pressure source, possibly capable of explaining the ongoing deformation at Colli Albani volcano.     

The Maoxian landslide as seen from space: detecting precursors of failure with Sentinel-1 data

Post-event Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) analysis on a stack of 45 C-band SAR images acquired by the ESA Sentinel-1 satellites from 9 October 2014 to 19 June 2017 allowed the identification of a clear precursory deformation signal for the Maoxian landslide (Mao County, Sichuan Province, China). The landslide occurred in the early morning of 24 June 2017 and killed more than 100 people in the village of Xinmo. Sentinel-1 images have been processed through an advanced multi-interferogram analysis capable of maximising the density of measurement points, generating ground deformation maps and displacement time series for an area of 460 km² straddling the Minjiang River and the Songping Gully. InSAR data clearly show the precursors of the slope failure in the source area of the Maoxian landslide, with a maximum displacement rate detected of 27 mm/year along the line of sight of the satellite. Deformation time series of measurement points identified within the main scarp of the landslide exhibit an acceleration starting from April 2017. A detailed time series analysis leads to the classification of different deformation behaviours. The Fukuzono method for forecasting the time of failure appear to be applicable to the displacement data exhibiting progressive acceleration. Results suggest that satellite radar data, systematically acquired over large areas with short revisiting time, could be used not only as a tool for mapping unstable areas, but also for landslide monitoring, at least for some typologies of sliding phenomena.     

SBAS-InSAR和PS-InSAR技术在鲁西南某线性工程沿线地面沉降成因分析中的应用

地面沉降问题严重影响着鲁西南经济发展区交通工程建设。文中选择某线性工程两侧5 km范围作为研究区,文章收集RadarSAT-2(2017—2020年)、Sentinel-1A(2019—2020年)存档数据和沿线区域地质、水文地质、矿产开发资料,采用时序InSAR分析的方法,对研究区沿线地面沉降分布特征及规律进行综合分析。研究结果表明：研究区主要地面沉降诱因是煤矿采空区塌陷和地下水超量开采,前者以矿区工作面为中心形成沉降漏斗,沉降速率变化和沉降中心移动与煤矿作业工作面挖掘进度和转移密切相关;后者沉降分布规律与地下水开采使用点相关,形成与地下水开采使用范围相近的沉降带。研究区在2017—2020年内持续发生沉降,最大年均沉降速率为136.5 mm/a,单年累计最大沉降量为220 mm。经同期CPI水准点观测结果校核,InSAR数据处理成果平均误差小于1 cm/a,相关系数到达70%以上。本文采用的分析方法能及时准确反映出线路方案穿行研究区内各处地面沉降变化,为线路方案规划和地质灾害整治提供有效合理参考。