基于永久散射体雷达差分干涉测量的城市地面沉降研究——以上海地面沉降监测为例

基于永久散射体雷达差分干涉测量技术,提出探测水久敞射体的振幅信息双阈值方法,研究上海陆家嘴地区在1992～2002年的地面沉降,获得该地区的线性和非线性沉降量以及区域沉降场,证实了地表形变在1 km范围内具有强相关性.结果显示陆家嘴地区在1992～2002年间的线性沉降速率为13.2 mn/a,总体半均沉降速率为16.8 mm/a,与实测结果之间具有较高的一致性.研究表明,PS-DInSAR技术不仪可有效探测地表离散目标的线性形变,还可探测其非线性形变以及获取地表区域形变场,并且可监测地表形变的时序变化过程.除了可用于城市沉降监测外,PS-DInSAR技术还可用于地震、火山、滑坡等地质灾害的监测.     

黄土填方区地表沉降时序InSAR监测分析

“削山填沟造地”等岩土工程在湿陷性黄土沟壑地区屡见不鲜,掌握填方区沉降情况具有重要意义。本文收集了2017年11月—2020年12月获取的56景TerraSAR-X StripMap模式影像,利用时序InSAR技术监测了陕北某湿陷性黄土填方地基工程的沉降信息,并与2017年11月—2020年12月期间监测区3个水准点的沉降测量结果比对。结果表明,在填方区地表以沉降为主,在挖方区地表以抬升为主,研究区存在有1处较为明显的地表沉降情况,位于填挖边界线附近填方区内,形变速率范围为-40~-20 mm/a,最大形变速率达-49.9 mm/a,累计量为-151.6 mm,时序InSAR形变结果和实地水准结果吻合性较好,垂直方向形变速率中误差为1.8 mm/a,表明时序InSAR技术在湿陷性黄土填挖方区变形监测中具有较好的应用价值。     

SBAS-InSAR及其应用于准噶尔盆地独山子地区地表形变监测

本文以2019年6月6日至2021年12月28日获取的40景Sentinel-1卫星影像作为数据源,基于SBAS-InSAR技术对独山子地区进行形变监测,分析了独山子地区地面形变时空演化特征,并探讨了其形变的影响因素。结果表明：该地区地面沉降以缓慢沉降为主,局部区域有明显的地表沉降和抬升。在整个研究区内,大部分监测点形变速率的绝对值小于3mm/year,说明这一区域在监测期内保持相对稳定。同时存在约16.6%的沉降点沉降速率大于6mm/year,沉降速率相对较快。在显著形变区,最大沉降量为248.1mm,最大抬升量为117.5mm,且沉降区主要分布在独山子市区、独山子山脉东北部和独山子区西南部。沉降主要与工程建设、挖土开采、冻土溶解及油气开采和地质构造有关。本研究可为独山子地区地表形变灾害防治提供一定的参考依据。     

基于PS-InSAR的深圳市地表形变监测研究

地面沉降具有区域性、累加性和不可逆性,会造成城市地面标高损失、城市内涝、建筑物受损等问题,In-SAR技术具有全天候、覆盖范围广、空间分辨率高等优点,可以进行长期的地表形变监测。本文利用PS-InSAR方法,结合2017年4月至2019年12月22景Sentinel-1A SAR数据,利用SARscape软件监测分析深圳市宝安区、南山区和福田区的地表形变情况,并根据形变速率的时间趋势进行地表形变分类。结果表明,研究区的年均形变最小值为-26.5 mm/a,形变平均值为-0.20 mm/a,沉降的时序结果可总结为持续抬升、持续沉降与先升后降3种形变类型,其中持续沉降区面积占比30.24%,主要分布在南山区,结合土地利用探讨了沉降类型的主要成因。     

Sentinel-1A卫星TOPS模式数据的SBAS时序分析方法——以黄河三角洲地区为例

Sentinel-1A是目前在轨运行的新一代SAR卫星,其TOPS成像模式具有宽幅成像的特点,能够实现大范围地表形变监测,目前国内外鲜有基于渐进扫描(terrain observation by progressive scans,TOPS)模式影像的小基线集(short baseline subset,SBAS)处理研究成果发表。以黄河三角洲地区作为研究区,选取了2015年5月—2016年4月27景Sentinel-1A TOPS模式影像,组成了94对干涉影像对,使用ECMWF气象数据估算大气延迟,实现大范围大气相位校正;然后采用SBAS时序分析方法提取了研究区地表累积形变量及形变速率图。研究结果表明,该地区近年来仍存在持续沉降,在广饶镇齐成工业园、广饶盐场及南宅科村周边等地区存在明显的沉降漏斗,沉降监测结果与该研究区已有文献所述沉降规律吻合,证明了TOPS模式SBAS时序分析方法应用于形变监测的可行性和有效性。     

基于SBAS技术监测粤港澳大湾区核心城市地表形变

粤港澳大湾区目前是我国最开放、经济活力最强的地区之一。但随着城市化进程加快,地表形变问题日益严重,逐渐威胁到城市基础设施的安全和健康。时序InSAR技术在监测大范围城市地表形变领域有着独特的优势。研究采用72景Sentinel-1A卫星影像数据,利用SBAS技术对粤港澳大湾区核心城市进行地表形变监测。研究结果表明,在广州市荔湾区、越秀区、天河区发现小范围的地表沉降现象;珠海市的斗门区和横琴岛是形变现象较集中的区域;同时,在澳门的国际机场和氹仔岛填海区均发现沉降现象;研究发现监测区的地表形变均与形变区的地质条件或工程施工有关。     

基于短基线集InSAR技术监测北京地区地表形变

短基线集差分干涉测量(SBAS-InSAR)技术是在传统DInSAR技术基础上发展起来的一种更高精度的长时序变形监测方法,可有效地克服传统DInSAR在微小形变监测中受时空去相干以及大气效应等因素的影响,已成为当前InSAR技术的研究热点.本文利用ENVISAT ASAR传感器获取的22幅C波段影像数据,基于短基线集差分干涉测量技术对北京地区地表沉降进行监测,获取每个观测时刻的形变累积量,得到研究区的形变序列图,进而分析了该区域地表沉降特征,结合地质环境监测成果,初步讨论了2003至2010年间北京地区区域地表沉降成因.     

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。     

基于Sentinel-1A数据的PSI技术在城市地表形变监测方面的应用

随着佛山市城市化进程逐步加快,地表形变引发的地质灾害日益显著,应用时序InSAR技术可以精确监测城市地表形变。文中选取广东佛山地区为研究区域,利用2015—2017年获取的41景Sentinel-1A数据,基于永久散射体差分干涉测量(PSI)技术提取该地区的时序形变、平均沉降速率等形变数据。研究结果表明,佛山市部分区域出现不均匀沉降,部分地区沉降速率甚至超过-35 mm/a,主要集中在城市重点建设区域,如地铁施工、桥梁施工等地。综合研究结果表明,利用Sentinel-1A数据的时序PSI技术可以高精度监测城市地表形变,监测数据有利于及早预防城市地质灾害发生,为城市健康精细化管理提供决策依据。     

基于SBAS-InSAR技术的甘肃华亭市地表形变监测与分析

小基线集SBAS-InSAR技术能够有效识别区域性地表形变,可以长时间序列分析地表形变特征。本研究获取了覆盖甘肃华亭市范围2017年10月—2021年4月Sentinel-1A升降轨雷达数据214期,利用SBAS-InSAR技术进行差分干涉处理,探测区域地表形变,分析形变区变化规律特征。结果表明:华亭市地表形变区主要分布在主城区北部、市域范围东南部,共计8处,以煤矿代表的地面沉降最为明显,沿视线方向最大年沉降平均速率达-404.036 mm/a。研究获取了区域地表形变区分布状况及形变速率,可为华亭市地表形变监测、地质灾害防治、地下水水资源开发利用提供参考依据。     

基于 C 波段和 L 波段的 SBAS-InSAR 技术监测广州地面沉降

近10年来广州市频繁发生地面沉降、塌陷等地质灾害,造成巨大的生命财产损失,而且目前仍然在加剧。传统的监测技术如GPS、水准测量等难以开展大范围、高精度和高空间分辨率的地表沉降监测工作,而合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)正逐渐成为城市地表沉降监测的有效手段。文中采用短基线集(SBAS-InSAR)技术,通过17景ENVISAT/ASAR数据和21景ALOS/PALSAR数据,探测广州佛山地区2006—2011年的地表形变信息。将其与研究区内已有的水准测量数据进行比较,从而验证InSAR技术监测结果的可靠性。最后圈定了研究区的重点沉降区域并对沉降成因进行分析。     

百年煤城地表沉降融合PS/SBAS InSAR监测——以徐州市为例

融合PS/SBAS算法成为当前InSAR技术的研究热点,本文通过融合PS/SBAS的优势,利用128景ALOS PALSAR影像和24景Radarsat-2影像获取了百年煤城徐州地区2007-2015年的地表形变场及变化趋势。试验结果表明：①2007-2011年,徐州主要有4个沉降区,分布在沛县、丰县、铜山区和贾汪区。②2012-2015年,沛县、丰县和铜山区地表沉降范围有所扩大;贾汪区地表沉降范围和速率明显减小,说明近年来贾汪区重点治理采矿塌陷工作已初步见效;另外,睢宁县县城出现明显沉降。③已有文献对沛县大屯中心区的沉降监测结果验证了试验结果是可靠的。④首次提取了徐州近8年间地表沉降的信息,可为该地区开展地表沉降调查监测与防治工作提供参考;试验方法可为全国开展地表沉降调查监测工作提供参考。     

时序差分干涉雷达技术反演杭州市地表形变

为探究杭州市的地表形变情况,以覆盖杭州地区的25景Sentinel-1A卫星数据为基础,使用永久散射体雷达干涉技术（PS-InSAR）对研究区地表形变信息进行了反演,结果表明：监测期内研究区的年均形变速率范围为-27.5～28 mm/a,地面沉降区域主要分布在萧山地区及江干地区;研究区地表总体形态趋于稳定,年均形变速率集中在-5～5 mm/a。杭州市地面不均匀沉降主要是受高层建筑荷载、城市开发工程建设和工业活动等影响。另外结合PS-InSAR反演结果,使用短基线集雷达干涉技术（SBAS-InSAR）对研究区进行了监测实验,并将结果与PS-InSAR反演结果进行交叉验证,结果表明两种方法的监测结果具有高度的一致性,进而说明了PS-InSAR反演结果的准确性。     

时序InSAR的连云港及盐城北部地表沉降研究

针对连云港和盐城北部等地区的地表沉降问题,该文基于改进的多主影像相干目标小基线干涉技术,并利用多时相ALOS PALSAR和Radarsat-2干涉影像研究该地区的地表沉降。研究表明,虽然2007—2011年连云港及盐城北部地区整体地表状态相对稳定,但在连云港沿海地区和盐城市区存在明显沉降,最大沉降速率高达-80 mm/a;2012—2015年连云港市与盐城市北部地表沉降明显加剧,连云区和赣榆区持续发生沉降,灌云县、灌南县、响水县以及涟水县的成片沉降形成了大范围沉降漏斗,其中连云港市和盐城北部最大沉降速率分别为-76和-81mm/a;连云港与盐城北部地区沉降速率小于-10mm/a,其沉降区域面积分别达到了1 054.49和1 492.11km2,对当地社会、经济的危害不容忽视。     

IPTA监测圣佩德罗湾港口地表时序沉降

常规D-InSAR技术已成功应用于由于火山、地震等引起的地表形变监测,然而受时间失相干和大气延迟等影响,该技术监测地表沉降形变的精度只能达厘米级。本文以美国圣佩德罗湾港口为研究对象,采用干涉点目标分析(IPTA)技术,选用二维线性相位模型对时序差分干涉相位图迭代回归分析,逐次去除大气延迟、DEM误差以及噪声等的影响,最终提取出准确可靠的形变序列相位信息。结果证明IPTA技术对长期微小的地壳累积形变探测具有广阔的应用前景,而且IPTA技术在实现效率和数据存储方面都优于常规的PS-InSAR。     

高分辨率遥感影像下沿海地区地表覆盖信息的提取

沿海地区地表覆盖信息是全国地理国情普查的重要内容,遥感影像分类技术为沿海地区地表覆盖信息提供了一种重要方法。本文基于GF-1高分辨率遥感影像,建立了沿海地区地表覆盖分类系统,采用中国测绘科学研究院自主研发的面向对象GLC决策树分类方法和软件进行了地表覆盖分类。通过对某试验区进行分类试验,并结合该区地表覆盖标准分类图进行精度评价,验证了基于高分辨率影像,面向对象GLC决策树分类方法在沿海地区地表覆盖信息提取上的有效性及优越性,其总体分类精度和Kappa系数分别为87.201 8%、0.840 6,均高于SVM分类法。最后提出基于高分辨率遥感影像的沿海地区地表覆盖信息提取流程。     

基于高分辨率TerraSAR-X影像的PSInSAR地表形变监测

利用2011年10月—2013年7月间获取的37景TerraSAR-X高分辨率条带模式SAR数据,采用干涉测量点目标分析(interferometric point target analysis,IPTA)技术得到常州地区因工厂集中开采地下水所引起的地表沉降信息,即常州市武进地区有多处地表沉降,在2011—2013年间最大沉降速率为31.494 mm/a。通过与Envisat ASAR数据获取的平均沉降速率对比,说明TerraSAR-X数据不仅可以提高永久散射体(permanment scatter,PS)的点密度,而且能更好地描述散射体的细节变化和微量位移情况,体现出TerraSAR-X数据监测地表形变的优势。沈海高速公路常州沿线地面沉降的监测结果表明:TerraSAR-X数据在人工线状地物形变监测中具有广阔的应用前景;IPTA监测结果与水准测量结果具有较好的一致性,表明将IPTA技术应用于城市地表形变监测的正确性。     

InSAR地表沉降监测在豫北平原的应用研究

以华北平原(河南部分)为研究对象,采用短基线集InSAR监测技术,基于RadarSat-2雷达图像数据,以形变监测为需求,对该区域开展地表沉降监测,并分析其成因.整体反演沉降区与城市发展形成的地下水漏斗区、地热应用密集区以及濮阳油田开采沉降区的空间分布基本吻合,进一步证明人类社会活动是形成地表沉降的重要因素.     

InSAR视角下准噶尔盆地农业灌溉区地表形变特征和演化规律

抽取地下水进行农业灌溉是导致地下水位快速下降的重要因素,而长期过度开采地下水往往会引发地面沉降灾害,这种现象在干旱和半干旱地区非常普遍。为了研究农业灌溉超采引发的地表形变特征和演化规律,本文以准噶尔盆地南缘、天山北麓地带为研究区域,利用SBAS-InSAR技术对2003年—2009年覆盖呼图壁县的ENVISAT/ASAR升、降轨数据进行处理,获取了该地区的地表形变场,并结合研究区的农业灌溉方式、水资源补给和季节变化等资料对地面沉降的时空变化特征进行分析,为水资源和农业可持续发展提供参考意义。实验表明,研究区内主要有两个沉降幅度较大的漏斗,且都位于农田区域。2007年以前,研究区地表没有显著形变,之后发生了较大量级的沉降。采用传统灌溉方式和时针式灌溉系统的农业区平均沉降速率最高分别可达50 mm/a和30 mm/a,前者在时间上呈线性变化,而后者具有显著的周期性变化特征。在冬季时,采用时针式灌溉系统的地区地面抬升量可达40 mm,远大于传统灌溉方式的农田区域,而夏季地面沉降速率可达200 mm/a。对研究区农业灌溉活动进行分析后发现,农业灌溉造成的地下水超采是该地区地面沉降的主要影响因素,其形变机制与季节变化具有较高的相关性,在灌溉活动休止期内地表形变取决于地下水的补给量。研究区内的形变特征和影响因素分析将为地下水资源的充分利用和农业的可持续发展提供有效的信息。     

矿区地表大量级沉陷形变短基线集InSAR监测分析

针对矿区地表大量级形变导致的InSAR影像配准精度低、可监测性差、探测量级小、地表沉陷前后完整形变信息难以获取等问题,研究了相应的偏移量追踪法、FFT过采样法、滤波技术与基线精化等数据处理方法,并利用短基线集(small baseline subset,SBAS)技术,使距离向配准精度、最大累积探测量级得到明显提高,矿区地表形变可监测性有了很大改善。研究结果表明,该方法不仅获得了2008—2011年间研究区开采进程中地表大量级沉陷的完整形变时间序列,而且其监测结果与外业实测数据以及采矿进程资料具有良好的一致性;通过对矿区地表形变剖线的统计分析,得到了开采工作面地表形变的时空演变规律。