Sentinel-1A TS-DInSAR京津冀地区沉降监测与分析

近年来,京津冀地区的不均匀地表沉降日趋严重,对公路、铁路等基础设施安全造成严重威胁,已引起国内外广泛关注。合成孔径雷达时序差分干涉TS-DIn SAR(Time Series Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar)作为一种高效的广域形变测量手段,在地面沉降调查监测中已被广泛应用,但如何针对高现势性的影像数据高精准提取大范围区域地表形变是当前深化的热点。本文利用欧洲太空局发布的Sentinel-1A新型数据源,针对TOPS(Terrain Observation by Progressive Scans)模式影像间存在多普勒中心不一致问题,借助外部高精度POD(Precise Orbit Determination)轨道和DSM(Digital Surface Model)数据进行频移滤波迭代配准,并针对Sentinel-1A数据特征集成优化了基于点目标时序分析的大区域地表形变监测方法,以2015年—2016年期间的29景影像为实验数据开展了京津地区沉降监测研究,提取了北京东、廊坊及天津西等地区的沉降结果,并结合区域内典型区域人口密度、产业分布、地表覆盖和线路剖面等信息深入分析了沉降的时空分布特征和成因。结果表明,Sentinel-1A时序干涉结果在大范围地表沉降调查监测上具有可靠的应用精度。     

Sentinel-1A卫星的黄河三角洲近期地表形变分析

为了实现对黄河三角洲近海沿岸大范围形变监测,该文采用欧空局新一代SAR卫星哨兵一号(Sentinel-1)TOPS模式数据进行监测。该文利用多主影像相干目标小基线干涉技术(MCTSB-InSAR)对覆盖黄河三角洲地区的整景Sentinel-1A数据进行了时序干涉处理,提取了整个黄河三角洲近海沿岸地区2016年1月至2017年5月22景Sentinel-1A的地表沉降信息,并对主要的沉降中心分析了其沉降原因。结果表明,黄河三角洲近海沿岸地区存在10个显著的沉降中心,河口区广河村国星兴盐场内最大年均沉降速率达464.5(mm·a~(-1))。沉降原因主要是由于抽取地下卤水进行工业制溴、制盐,油田抽采(采油和抽取地下水用于回注)等,并且地下卤水资源的开采对黄河三角洲近海岸区域地面沉降的贡献最大。     

天津地区Sentinel-1A雷达影像PSInSAR地面沉降监测

利用2015-05—2016-02获取的天津地区23景哨兵-1A(Sentinel-1A)卫星IW模式影像,进行基于地面散射特性保持稳定的高相干点永久散射体干涉测量处理(PSIn SAR),获取了地面沉降速率,分析了重点沉降区域时序形变特征和成因。实验结果表明,天津地区沉降严重区域主要集中在北辰区和大寺镇,结合北辰区沉降速率图和第2、3承压含水组水位降落漏斗等值线图,分析发现地面沉降中心和地下水位漏斗大致吻合,呈现整体向东北方向偏移的趋势,得出造成地面沉降的主导因素可能为超量开采地下水的结论。     

基于D-InSAR技术的金沙江地区滑坡形变监测与分析

滑坡是发生在我国山区的主要地质灾害类型,金沙江地区由于地势较高、地形复杂、多云多雨的特点,给传统的滑坡监测增加了难度。合成孔径雷达差分干涉测量技术(Differential interferometry synthetic aperture radar,D-InSAR)已在滑坡地面沉降监测中得到了广泛应用。本文选取金沙江上游沿岸作为研究区域,基于2018年8月11日与9月28日的Sentinel-1A影像及SRTM1数据,利用GAMMA软件及D-InSAR技术监测到金沙江地区的地表形变,成功识别出金沙江右岸的一处滑坡灾害。研究结果显示,在此滑坡的坡顶部分出现了约2.5 cm的沉降,而在坡底部分由于崩塌物的累积,地面出现了约3 cm的抬升。从实验结果可以得出,InSAR技术是一种有效的滑坡变形监测手段,利用Sentinel-1A卫星的SAR数据对滑坡区域进行形变监测,可以得到较好的干涉结果。     

时序InSAR技术在监测马村区地面沉降中的应用

本文利用Sentinel-1A SAR影像,通过小基线集(SBAS-InSAR)技术获取了马村区2016年10月26日至2019年3月9日地面沉降的年平均形变速率。监测结果表明,由于土地整治政策、人工开采以及矿区长期排水等因素的影响,马村区内存在多个沉降中心,其中最大沉降量达到-200 mm,最大形变速率达到-88 mm/a。通过建立剖面,提取并分析了张白河村、亮马村和新村附近沉降中心的沉降现状。     

利用Sentinel-1A数据监测南京河西地区地面沉降

南京河西地区是受长江和秦淮河淤积演化而成的漫滩地,由于河西新城大规模开发建设和地质条件的影响,地面沉降已成为该区域城市发展中不容忽视的问题。Sentinel-1数据是目前在轨运行的免费SAR数据,其具有较短的重访周期和较大的幅宽,为实现大范围长时序的地表形变监测提供了重要的数据源。利用短基线集干涉（SBAS-InSAR）技术对2015年4月至2018年4月覆盖南京河西地区的19景Sentinel-1A数据进行处理,获取了研究区2015—2018年间的地面沉降结果,并结合城市开发、人口分布等信息深入分析了地面沉降分布特征和成因。     

双轨D-InSAR在济宁矿区地面沉降监测中的应用

合成孔径雷达差分干涉测量技术(differential interferometry synthetic aperture radar,D-InSAR)已在矿区地面沉降监测中得到了广泛的应用。结合收集到的水准数据,选取了2009-01-10至2009-02-25时间段内的两景覆盖济宁东滩矿区的ALOS PARSAR数据,并以1∶50 000的数字高程数据(digital elevation model,DEM)作为外部参考DEM,利用GAMMA软件中的双轨D-InSAR技术对矿区的地面沉降进行监测,获取了东滩矿区的差分干涉图、增强后的干涉图、相干图、沉降图等一系列结果图,并统计分析东滩矿区在该时间段的沉降量、沉降分布及沉降面积等信息;将地理编码后的沉降图与最邻近时间段的水准数据进行精度验证及分析。结果表明:双轨D-InSAR技术可以对矿区的地面沉降进行有效的监测。     

SBAS-InSAR技术在矿区地表沉降监测中的应用

滩地和沙丘地区的矿区地表形变具有复杂性和特殊性,常规监测手段无法获得长期有效的监测结果,传统的雷达差分干涉测量技术(DInSAR)易受时空失相干、大气延迟等因素的影响而降低监测精度.以营盘壕煤矿2101和2201两个工作面为例,采用差分干涉测量短基线集时序分析(Small Baseline Sub-set-Interferometry SAR,SBAS-InSAR)技术对Sentinel-1A的84轨道的17景数据进行时序分析,获取了矿区2018年9月8日至2019年3月19日的累计沉降量和沉降速率等信息,直观地展现了矿区沉降状况.对研究区监测结果进行点、线、面的分析,发现累积沉降量和时间呈线性关系,新开采的区域的沉降在整个区域沉降中影响最大,较晚开采的区域在矿区沉降中为主要影响因素.     

结合SBAS技术的鲁西南地区地面沉降监测

利用2016年8月—2017年8月的14景Sentinel-1雷达影像,采用小基线集（SBAS）技术,提取了鲁西南地区地面沉降信息,并结合公路和铁路等专题数据开展了沉降影响分析。研究结果表明：鲁西南地区地面沉降严重且覆盖范围较大,最大沉降漏斗位于郓城县主城区,沉降速率达-134.06 mm/a;同时地面沉降对铁路有一定影响,特别对公路影响较大;并与水准测量数据进行对比,验证了SBAS用于沉降监测的准确性和时效性。     

利用Sentinel-1数据和SBAS-InSAR技术监测西安地表沉降

哨兵一号(Sentinel-1)数据是目前现势性较好的免费SAR数据,且因其6天的重访周期,非常适合In SAR地表形变监测。本文以西安市城区及周边为研究区,开展基于多期Sentinel-1数据和短基线集干涉(SBAS-In SAR)技术的时序地表沉降监测方法的探索,研究形成了详细的数据处理流程,利用已有研究资料佐证了方法的有效性。监测表明:2015—2016年,绝大部分区域地表形变速率位于[-33~30]mm/a区间内,228 d监测期内累积沉降量最大约75 mm,发生在目前西安最大沉降中心鱼化寨;相比20世纪末,沉降强度大幅减弱,沉降严重区域由西安市东郊向南郊转移,且沉降范围减小。     

DMSP/OLS夜间灯光数据的四川省GDP空间化分析

针对DMSP/OLS夜间灯光数据模拟省级格网GDP问题,该文选取2000、2006以及2010年DMSP/OLS稳定夜间灯光数据、辐射定标夜间灯光数据和四川省第二、三产业社会经济GDP数据,运用相关性分析、对比分析以及回归分析的方法,模拟出四川省GDP空间化密度图并分析与高程之间的关系。结果表明:在省级范围内,GDP与辐射定标灯光数据的相关性明显高于与稳定灯光数据的相关性,且前者的灯光指数CNLI与GDP相关性最高;运用3年的辐射定标灯光数据模拟得到四川省GDP密度图与GDP统计数据的拟合精度均达到0.99以上;2000-2010年四川省GDP呈现由成都市向四周不断扩张的趋势并随高程变化显著,四川省GDP高值区主要集中在高程1 000m以下的成都平原及周边区域,西部高原和山地地区GDP值较低。     

西藏自治区农业气象灾害WebGIS平台的设计与实现

针对西藏农业气象灾害数据库系统数据类型多样,数据管理困难、挖掘利用不充分等问题,本文以B/S架构和GIS组件技术,以Oracle数据库为数据存储管理中心,设计研发了西藏自治区农业气象灾害数据库系统。实现对该区域1987—2015年农业气象数据、灾害事件、社会经济、基础地理信息的有效管理,系统具有用户管理、数据维护、数据查询、统计分析、趋势预测和防灾措施、地图可视化表达等功能,通过业务化试验与运行,结果表明,系统功能齐全、界面友好、运行稳定,对发展农业气象灾害预测预报理论、区域农业气象灾害数据统计分析、管理决策与防灾减灾等具有重要理论和现实意义。     

一种喀斯特地貌无人机遥感影像的快速匹配方法

针对喀斯特地貌地形起伏大、沟壑纵深、影像局部存在阴影,该地区无人机遥感影像匹配难度大,该文提出一种基于AKAZE特征和RANSAC算法的喀斯特地貌无人机遥感影像的快速匹配方法。该方法采用AKAZE特征检测算法提取喀斯特地貌无人机遥感影像的特征点,能够较为精简地描述出影像的特征,影像匹配时间缩短,匹配速度提高明显;由于预匹配存在错误点对,利用单应性矩阵的RANSAC算法进行精准匹配,剔除错误匹配点对,同时得到最优的单应性矩阵。实验结果表明,该方法的匹配耗时和匹配正确率较优于经典的SURF和BRISK算法,该匹配方法更适合于喀斯特地貌无人机遥感影像匹配。     

基于WebGIS的农村集体土地确权登记发证系统设计与实现

现阶段我国农村土地确权工作体系不够健全,管理相对落后,缺少网络一体化的工作、管理流程等问题,导致部分地区农民的土地权利缺少相关法律文件认证,部分土地存在私自买卖等违法行为。在深入分析农村土地确权登记发证流程、地籍数据采集与管理、地理数据交互技术等的基础上,运用Arc GIS平台的Arc Engine软件开发引擎,结合.Net框架,设计开发一套基于WebGIS的省市县三级联动农村集体土地确权登记发证系统。该系统将各类土地信息统一存储到服务器数据库,再经业务流程对数据进行一系列操作管理,生成业务报表和宗地图,为国土部门土地确权工作提供技术支撑。     

基于GPS照片数据处理系统的地面样方调查

集成GPS模块的相机拍摄的农作物照片可同时记录地物类型和空间位置。为了处理大量的地面样方照片数据并及时转换为遥感监督分类的训练样本,开发了一个能够高效处理样方GPS照片数据的软件系统。该系统通过人机交互判识照片中的地物类型,同时提取照片的地理位置信息,并对样本的地理位置进行修正或补充,在地图与遥感影像的辅助下生成有效的样本信息。以宁夏银川灌区农作物采样样本为例,对系统进行了测试。结果表明,1 000个典型的训练样本可在1 h内产生,减少了样本的处理时间,提高了样本的质量。     

一种新的空谱联合高光谱图像分类方法

针对现有高光谱图像分类方法对空间和谱间信息的利用不充分,限制了地物分类的准确度的问题,该文提出一种基于正交线性判别分析和三维离散小波变换的高光谱图像空谱联合分类算法。该算法首先利用正交线判别分析对高光谱图像进行特征提取和特征缩减;然后将提取后的特征经三维离散小波从不同尺度、频率和方向上分解,以级联的方式获得具有正交类判别信息的空谱融合特征集;最后,将空谱融合特征集作为概率支持向量机的输入特征,分类的结果再通过马尔可夫随机场利用空间上下文信息细化分类图,进一步提升分类准确度。在Indian Pines和Salinas两组数据集上的实验表明,相比其他算法,该算法能达到更高的总体分类准确度和Kappa系数,并且在大部分的地物类别上的分类准确度有着较为明显地提升。     

陕甘宁蒙粮食生产与耕地资源安全分析

针对粮食生产与耕地资源的变化规律对区域粮食安全等问题,该文采用变异系数法、修正后的耕地压力指数及GM(1,1)模型,对陕甘宁蒙能源富集区粮食生产与耕地资源的变化情况进行分析与预测。研究结果表明,陕甘宁蒙粮食产量不断提高,耕地压力呈现减小趋势,区域粮食安全问题得到一定缓解,并可通过提高粮食单产、控制人口增长、提高农作物复种指数及粮食播种面积占总播种面积的比重进一步保障区域粮食安全。     

利用夜间灯光数据的城市群格局变化分析

针对传统的统计数据具有行政单元统计约束的缺点、DMSP/OLS夜间灯光数据存在分辨率低、像元辐射值饱和的问题,该文使用NPP/VIIRS夜间灯光数据、城区边界、列车时刻表、百度地图API等数据,通过空间统计、标准差椭圆、位序-规模分布、空间联系测度研究中国九大城市群2012与2017年的空间格局变化。结果表明:长三角、珠三角、京津冀城市群的灯光总量和平均灯光均位于前列;长三角、珠三角、成渝、哈长、关中平原城市群灯光变分散,京津冀、长江中游、中原、北部湾城市群灯光变集中,成渝城市群夜间灯光重心移动最大,向重庆方向移动;长江中游城市群接近捷夫分布,中原城市群为序列分布,其他城市群为首位分布;长三角、珠三角、京津冀城市群的总体联系强度最高,各城市群边缘中小城市与核心城市空间联系较弱。     

基于NPP数据的江苏省生态价值时空格局分析

植被净初级生产力(NPP)是评价生态系统服务功能的重要指标。本文基于NPP数据,估算了区域生态价值,运用空间分析技术研究了江苏省生态价值的空间分布规律和时空演变特征。结果表明:1) 2000—2014年,年均生态价值分布呈西低东高的特点,生态价值高值区主要分布在苏南及沿海地区,苏北及内陆地区生态价值均值较低; 2)区域年均生态价值大致呈曲线波动变化; 3) 15年间江苏省生态价值总体呈增加趋势,北部地区增长相对较快。     

3D SLAM的室内背包移动测量系统研究

针对室内移动测图中GPS信号缺失,导致无法获取精确定位坐标与导航的问题,该文研发了一套室内背包式移动测量系统,该系统能够利用三维激光定位与测图的方法实现快速同步定位及地图创建和室内三维激光点云获取,可以应用在室内或地下的环境中进行数据采集,在不损失作业效率的前提下获取系统作业轨迹、高精度点云等多种数据结果。为了对系统的精度进行验证,使用该系统在实验室大楼走廊中进行实验获取室内三维激光点云,并将实验结果与采用常规测量手段得到的结果进行对比分析。实验表明,此系统的相对精度和绝对精度分别能够达到0.048和0.047m,在室内三维信息获取过程中相比较于传统作业方式显著提高了作业效率和数据质量,能够满足室内建模与测图要求。