利用时序InSAR监测兰州市中心城区地面沉降

针对兰州市中心城区的地面沉降问题,该文采用PS-SBAS和PS-InSAR技术,利用2016-01-20—2019-02-21时间段内的39景Sentinel-1A/B降轨数据,使用缓冲区分析技术对兰州市中心城区轨道交通线和铁路线周边100m区域做了沉降影响分析,监测结果表明:基于Sentinel-1A/B数据和时序InSAR技术,可以准确监测城市地表的沉降和轨道交通线的沉降时空规律;沉降区域主要集中在研究区东南部的方家泉村、和平镇和猪咀岭村;软土地基下地铁的施工会导致沉降现象的发生,兰州轨道交通线和铁路线的沉降主要发生在城区东南方向;在监测时段内,使用两种时序InSAR技术监测的同名点在沉降趋势和累计沉降量上保持了良好的一致性和吻合性,但PS-InSAR的时序变化曲线较PS-SBAS更为平缓。     

PS-InSAR技术在福州市建筑物沉降监测中的应用研究

建筑物沉降主要是由所在地面沉降引起的,而不均匀的地面沉降会造成地表建筑物倾斜形变,并对建筑物的安全结构造成影响,严重的甚至会出现垮塌.本文以福州市仓山区建筑物为研究对象,利用PS-InSAR技术,处理分析了2016年6月至2019年12月福州主城区共计68期SAR影像数据,结合我院已有1:500建筑物矢量面,获取了福州...     

利用两种时序InSAR技术进行地面抬升监测与研究

近年来,地面沉降监测与治理在防灾减灾方面受到政府重视,但是对地面抬升现象及机理少有研究。本文采用PS-InSAR和NSBAS两种技术,利用Sentinel-1影像升、降轨数据对淄博市4个市辖区进行形变监测,并通过资料分析该区域的地面抬升与煤矿开采情况的一致性。     

多参考点的PS-InSAR变形监测数据处理

针对永久散射体干涉测量（PS-InSAR）基线网平差数据处理过程中单参考点存在导致的解不够稳定和不够可靠的问题,本文提出了一种结合地面监测资料的多参考点PS-InSAR数据处理方法,并研究推导了相应的处理模型;该方法在PS基线网处理中引入多参考点参与解算,一方面提高了解算结果的稳定性,另一方面通过增加多余观测获取最优参数解,提高了解的可靠性。本文利用覆盖西安市的13景Envisat ASAR数据以及5个角反射器（CR）、GPS点作为参考点,分别获取了单参考点和多参考点下的平均形变场,通过与4个检核点的比较,表明多参考点结果比单参考点更吻合于地面观测资料,证明了该方法的优越性。     

高分辨率PSI上海市沉降探测及分析

本文在改进的永久散射体(PS)探测方法基础上,应用高分辨率永久散射体雷达干涉(PSI)探测上海市地表沉降,并对沉降原因进行了详细分析。实验选取2008年4月至2010年1月间,由德国卫星TerraSAR-X(TSX)所获取的18幅X波段(波长为3.1 cm)高分辨率SAR影像为数据源,进行PS探测、PSI建模、形变提取和分析。实验结果表明,改进的PS探测方法探测出的PS点是合理和可靠的,且高分辨率SAR影像对地面硬目标识别能力较强,显著提高了PS点的密度和覆盖范围。沉降探测结果显示,最大相对沉降速率达30 mm/yr,平均沉降速率为11.5 mm/yr。     

InSAR技术在沂沭断裂带地表形变监测中的应用研究

针对常规大地测量监测沂沭断裂带地表形变结果无法全面反演该区域构造应力场的局限性,尝试采用PS和SBAS两种In SAR时序分析技术对该区域地表形变进行监测。首先对SBAS-In SAR技术的原理进行详细推导和分析;在此基础上,对覆盖研究区的14景ENVISAT-ASAR数据采用PS-In SAR和SBAS-InSAR技术进行处理,分别提取了该区域地表年平均形变速率图;通过与水准监测数据的对比分析发现:InSAR时序分析方法在大范围、持续缓慢断裂带地表形变监测中能够获取与精密水准监测一致的形变趋势,且SBAS-In SAR技术在数据量较少情况下能获得更好的监测效果。这表明In SAR时序分析技术可以作为断裂带微小地表形变监测的有效手段。     

沧州地区地面沉降现状Sentinel-1A/B时序InSAR监测与分析

获取了22景IW模式的Sentinel-1A/B数据,分别采用PS-InSAR和SBAS-InSAR两种时序技术得到了沧州地区2015年11月至2016年11月期间地表平均沉降速率及累计沉降量。经分析,两种时序监测结果具有较高的一致性,其结果表明：献县、沧县、沧州市区地面表现为回升趋势;青县、沧县东部、南皮县西部、东光县等地区地面沉降量较大,其中东光县何庄村累计下沉量达47 mm,而引起这些区域地面沉降的主要原因为农业生产等带来的地下水开采。本文对基于Sentinel-1A/B SAR数据的时序分析方法在城市沉降监测方面的应用进行了探讨,为有关部门提供了重要的参考数据。     

Sentinel-1A数据的四川宜宾Ms6.0同震形变分析

为了获取2019年6月17日发生的四川宜宾Ms6.0地震引起的地表形变情况,该文利用欧空局宽幅模式的高分辨率新型Sentinel-1A卫星获取了此次地震的第一对同震干涉像对数据,使用D-InSAR技术获取宜宾市长宁县地区的同震形变场。结果显示,本次地震在震中西北方向分别形成了1个明显的沉降区和抬升区,在雷达视线方向上的最大沉降量为7.9 cm,最大抬升量为8.1 cm。通过与同一时间内的GPS高程测量形变量相比,D-InSAR解算的地表形变量与GPS监测点形变量基本一致,均不超过3 mm,表明了本文的D-InSAR形变解算结果的可靠性,体现了新型Sentinel-1A雷达卫星在地震形变监测领域有着很高的应用价值和潜力。     

Hybrid conventional and Persistent Scatterer SAR interferometry for land subsidence monitoring in the Tehran Basin,Iran

Excessive groundwater extraction has caused land subsidence in a large rural area located southwest of Tehran, Iran. We used radar images to estimate the temporal and spatial variation in the magnitude of the subsidence. Due to the large perpendicular baselines and rapid temporal decorrelation of the available data, the application of conventional synthetic aperture radar interferometry (InSAR) to monitor the deformation was not possible. Instead, we applied a recently developed Persistent Scatterer InSAR (PSI) method but found that displacements were underestimated in some areas due to high deformation rates that cause temporal aliasing of the signal. We therefore developed a method that combines conventional InSAR and PSI to estimate the high deformation rates in the southwestern Tehran Basin. We used rates estimated from conventional small temporal baseline interferograms to reduce the likelihood of aliasing and then applied PSI to the residual phase. The method was applied to descending and ascending ENVISAT ASAR images spanning from 2003 to 2009. Mean line-of-sight velocities obtained from both orientations that were further decomposed into horizontal and vertical deformation components were highly compatible with each other, indicating the high performance of the applied method. The mean precision of the estimated vertical component is 2.5 mm/yr. We validated our results using measurements from a continuous GPS station located in one of the subsiding areas. The results also compare favourably with levelling data acquired over a different time interval. Finally, we compared the estimated displacements to hydraulic head variations and geologic profiles at several piezometric wells. We found that the geology is the most important factor controlling the subsidence rate in the southwestern Tehran Basin, regardless of the water level decline.     

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。     

利用Sentinel-1A数据监测地表形变案例分析

雷达卫星结合InSAR技术已广泛应用于高精度地表形变监测领域。本文选取2017年九寨沟地震为研究案例,利用Sentinel-1A地震前后的单视复数影像,基于D-InSAR技术获取该次地震的同震形变场。结果显示：震中西北侧表现出相对均匀的下沉现象,沉降漏斗区雷达视线向最大沉降量达25.1 cm;东南侧呈现不均匀抬升状态,地表破碎较为明显,最大抬升量为11.6 cm。研究表明基于Sentinel-1A数据的D-InSAR技术可以为地震形变场的定量分析提供一种快速有效的手段,为阐释地震发震机理及评估受灾情况提供必要的数据支撑,具有广阔的应用前景。     

永久散射体雷达差分干涉反演矿区时序沉降场

针对永久散射体差分干涉测量(PSIn SAR)算法流程,发展了基于周期函数模型的空间维解缠方法,并将其应用于矿区时间序列地表变形反演。通过在研究区域内安装人工角反射器(CR),将CR点上计算所得的周期模型参数分量作为整个网络的约束,通过空间约束平差以实现空间维解缠。选取了河南省境内白沙水库附近的煤矿密集区为主要研究区域,采用周期函数模型对矿区线性及非线性形变分量进行模拟,反演了2007年2月—2010年2月的时间序列形变场,并采用研究区域内的水准实测数据作为外部验证数据。实验结果表明:白沙水库周围区域存在着较为明显的沉降,在煤矿分布区域内累积最大沉降量超过了10 cm。沉降区域内以线性沉降趋势为主,非线性沉降较为缓慢,仅在水库的西南方向较为明显。应用已有的水准点实测形变值对实验结果进行验证分析,结果表明该方法精度可达约±2.1 mm,证实了本文采用的方法在矿区地表时序形变反演中的可行性和可靠性,对预防过度采矿导致的矿区塌陷具重要现实意义。     

Satellite radar interferometry for monitoring subsidence induced by longwall mining activity using Radarsat-2, Sentinel-1 and ALOS-2 data

This paper describes the simulation and real data analysis results from the recently launched SAR satellites, ALOS-2, Sentinel-1 and Radarsat-2 for the purpose of monitoring subsidence induced by longwall mining activity using satellite synthetic aperture radar interferometry (InSAR). Because of the enhancement of orbit control (pairs with shorter perpendicular baseline) from the new satellite SAR systems, the mine subsidence detection is now mainly constrained by the phase discontinuities due to large deformation and temporal decorrelation noise.This paper investigates the performance of the three satellite missions with different imaging modes for mapping longwall mine subsidence. The results show that the three satellites perform better than their predecessors. The simulation results show that the Sentinel-1A/B constellation is capable of mapping rapid mine subsidence, especially the Sentinel-1A/B constellation with stripmap (SM) mode. Unfortunately, the Sentinel-1A/B SM data are not available in most cases and hence real data analysis cannot be conducted in this study. Despite the Sentinel-1A/B SM data, the simulation and real data analysis suggest that ALOS-2 is best suited for mapping mine subsidence amongst the three missions. Although not investigated in this study, the X-band satellites TerraSAR-X and COSMO-SkyMed with short temporal baseline and high spatial resolution can be comparable with the performance of the Radarsat-2 and Sentinel-1 C-band data over the dry surface with sparse vegetation.The potential of the recently launched satellites (e.g. ALOS-2 and Sentinel-1A/B) for mapping longwall mine subsidence is expected to be better than the results of this study, if the data acquired from the ideal acquisition modes are available.     

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。     

利用InSAR分析陕西省垂直形变

从2018—2019年欧空局Sentinel-1免费数据中获取陕西省全域垂直形变面状信息,并将其与全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）以及水准点、线垂直形变信息进行对比分析,进一步验证合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）数据反映局部形变的有效性。垂直形变监测结果表明：在陕北榆林、神木地区,地下资源开采诱发的地表沉陷分布广泛、特征明显,地表沉陷速度达60 mm/a;在煤炭产区长武、彬县也出现不同程度的开采沉陷灾害,沉降速度达30 mm/a;西安市、渭南市等关中平原地区由于地下水开采出现不均匀沉降,其中,西安市的局部沉降最为严重,最大沉降速度达60 mm/a;InSAR与GNSS、水准获取的垂直运动趋势在全省范围总体上一致,但由于GNSS监测点、水准监测点一般布测在较稳定区域,其获取的沉降范围、沉降速度与InSAR沉降结果有一定差异。     

基于时序InSAR的即墨市区地表形变监测

地面沉降是一种对地面及地下基础设施造成安全隐患,对经济可持续发展和环境保护产生破坏影响的地质灾害现象。本文使用2017年5月至2018年5月16景Sentinel-1A卫星SAR影像,根据D-InSAR的初步形变监测结果将即墨城区内沉降明显的区域作为研究区,基于PS和SBAS两种时序InSAR方法对该区域进行地面沉降监测,获得的沉降分布和形变时序结果吻合。地面沉降的分布与新建高层建筑区吻合,地面形变趋势与区域降水量和地下水水位变化有较高的相关性。研究结果有助于了解即墨城区的地表沉降状况以及原因,为地面沉降综合治理和地下水水资源开发利用提供参考依据。     

Radar interferometry time series analysis of Mashhad subsidence

A large agricultural area located in 20 km north of the city of Mashhad in the north-east of Iran is subject to land subsidence. The subsidence rate was achieved in a couple of sparse points by precise leveling between 1995 and 2005, and continuous GPS measurements obtained from 2005 to 2006. In order to study the temporal behavior of the deformation in high spatial resolution, the small baseline subset (SBAS) algorithm was used to generate the interferometric SAR time series analysis. Time series analysis was performed using 19 interferograms calculated from 12 ENVISAT ASAR data spanning between 2003 and 2006. The time series results exhibited that the area is subsiding continuously without a significant seasonal effect. Mean LOS deformation velocity map obtained from time series analysis demonstrated a considerable subsidence rate up to 24 (cm/yr). In order to evaluate the time series analysis results, continuous GPS measurements as a geodetic approach were applied. The comparisons showed a great agreement between interferometry results and geodetic technique. Moreover, the information of various piezometric wells distributed in the area corresponding to 1995 to 2005 showed a significant decline in water table up to 20 meters. The correlation between the piezometric information and the surface deformation at well’s locations showed that the subsidence occurrence in Mashhad is due to the excess groundwater withdrawal.     

结合PS特征点的SBAS地表形变监测

针对SARscape SBAS技术存在人工选取地面控制点影响监测结果的问题,本文提出了一种结合PS特征点的SBAS地表形变监测方法。通过设置PS技术中的振幅离差指数与相干性阈值,提取PS监测结果中的特征点作为地面控制点进行轨道精炼与形变反演。以2017年3月至2018年12月覆盖南昌地区的Sentinel-1影像为数据源,进行了地表形变监测与验证。结果表明：①该方法与PS方法监测结果均显示南昌市城区在监测时段内整体呈小幅度上升趋势,年平均沉降速率相关性达到了0.959,具有高度一致性。②将该方法、PS方法、人工选取地面控制点的SBAS方法的监测结果与水准数据进行对比,该方法与水准数据的误差不超过3.5 mm,说明了该方法的有效性。     

时序InSAR技术在地球环境监测及其资源管理中的应用:以交城-清徐地区为例

利用ALOS-1（2007-2010）、Sentinel-1A（2017-2018）存档数据对山西交城-清徐地区的地面沉降进行监测。结合小基线和永久散射体技术优点,在增加时间采样密度的基础上利用二维线性回归分析得到研究区域的形变速率和时间序列。经同期GPS观测结果校核表明:交城-清徐地区持续发生地面沉降,但山区和平原区域形变的空间分布、量级不同,引起形变原因也不同。平原地带沉降空间分布受构造断裂控制,断裂带两侧呈现明显的差异性形变,且最大沉降速率为－200 mm/a,沉降的主要原因是地下水超采,但经治理后地面沉降灾害有所缓解,表现为沉降速率小于－30 mm/a。山区主要由于矿产资源的长期开采,沉降中心不断向南移动,最大形变速率为－462 mm/a。     

改进的PS探测方法及其应用

提出一种改进的永久散射体PS(Persistent Scatterer)探测方法,首先基于时序SAR影像的振幅信息,利用振幅和振幅离差指数双阈值法获取PS候选点,然后根据干涉相位空间相关性,对所有候选点进行相位稳定性分析,筛选出既满足雷达反射强度高、又符合散射稳定性要求的真实PS点,最后基于所选PS点提取形变信息。选取上海市局部区域作为实验区,以16幅TerraSAR-X(TSX)影像为数据源,进行PS探测和形变信息提取。结果表明,相比于已有的PS探测方法,本文方法能够更准确、可靠地识别出时序SAR影像中的PS点。形变结果显示,研究区域内最大沉降速率为-51mm/a,平均沉降速率为-15.8mm/a,以水准实测数据进行检核,验证了基于改进的PS探测方法进行地表形变信息提取结果的可靠性。