改进TS-InSAR方法的白格滑坡灾前-灾后形变演化特征分析

2018年10至11月,金沙江上游白格滑坡先后两次垮塌渡江并致堰塞湖,且至今仍存在较显著的蠕滑形变。针对时序InSAR技术在高植被发育区的应用局限,本文提出了一种改进的时序InSAR解算方法(ITSI),结合Sentinel-1A卫星2017年9月-2021年3月期间获取的SAR影像数据,针对滑坡区域分别开展了灾前和灾后时序干涉处理,提取了灾害-灾后时段内的年平均蠕滑速率场(灾前极值为9.71cm/a,灾后达到25.42cm/a)和累计蠕滑形变量(灾前极值为13cm,灾后两年内达61cm),并结合灾前-灾后形变时间序列,重点分析了蠕滑形变的时序演化特征,发现白格滑坡灾后两年间渐趋稳定。此外,监测结果发现白格滑坡上游5km处的肖莫久滑坡也处于活动状态。相关结果可为该区域防灾减灾领域研究提供参考。     

光学遥感与InSAR结合的金沙江白格滑坡上下游滑坡隐患早期识别

2018-10-11和2018-11-03,金沙江上游西藏自治区江达县波罗乡白格村附近先后发生两次大规模高位滑坡堵江。虽经人工干预处置后进行泄流,但还是对下游居民和交通设施造成了严重损失,其上下游是否还存在类似的大规模滑坡隐患,成为白格滑坡灾害发生后社会各界关注的焦点问题。首先利用高精度光学卫星影像对白格滑坡上游30 km和下游100 km范围内的滑坡隐患进行人工目视解译和定性评价,共识别出滑坡隐患51处,其中下游70~100 km范围内有10处具有堵江风险的滑坡隐患。在此基础上,对具有堵江风险的重点区域（白格滑坡下游70~100 km范围内）收集存档ALOS PALSAR-1和Sentinel-1A雷达卫星数据,利用短基线差分干涉测量技术开展滑坡隐患地表形变定量探测和分析评价,共探测出7处具有较显著形变的滑坡隐患,其中3处堵江风险较大,为白格滑坡上下游地质灾害防治和川藏铁路选线提供了参考。     

哨兵-2号光学影像地表形变监测:以2016年Mw7.8新西兰凯库拉地震为例

光学影像已经广泛地应用于地表形变监测研究。哨兵-2号光学影像作为一种新的对地观测数据,具有重访周期短、空间分辨率高、影像覆盖范围大以及数据免费等优点,因此该数据在地表形变监测上有广泛的应用潜力。本文以COSI-Corr软件包为数据处理平台,基于亚像素的频率域相关性匹配技术,处理多时相的哨兵-2号数据获取地表形变。本文选取2016年M_w7.8新西兰凯库拉（Kaikoura）地震覆盖区域为例,对哨兵-2号影像地表形变中存在的各种系统误差源进行了系统分析和改正,并提出了改进的均值相减法去除形变场中的卫星姿态角误差。另外,还对哨兵-2号4个10 m空间分辨率的波段（Band 2/3/4/8）中可用于地表形变监测的最佳波段进行了分析,统计结果显示Band8的地表形变监测效果最好。最后,利用哨兵-2号光学影像获取了2016年11月14日M_w7.8新西兰凯库拉地震的同震形变场;分析了沿地震主要断层的滑移分布,结果表明最大水平滑移量达10 m;并与同期Landsat8全色影像的同震形变监测结果进行对比分析,结果表明哨兵-2号结果精度更高。本文的研究成果可以为哨兵-2号光学影像的应用提供参考。     

“10·11”川藏交界滑坡灾害的滑坡特征与运动监测

2018年10月11日7时10分,西藏自治区江达县波罗乡境内发生大规模的高位山体滑坡,堵塞金沙江并形成了堰塞湖,对周边以及金沙江下游人民群众的生命和财产造成威胁。本文基于遥感手段监测滑坡区域灾前的运动情况,根据滑坡运动规律监测滑坡运动的“激增点”。以Sentinel-1数据为数据源,采用偏移量追踪算法技术(Offset Tracking Technology)对灾区2015年至2018年滑坡区的运动进行监测,并采用Landsat8光学遥感数据结合归一化互相关算法(Normalized cross correlation, NCC)进行运动趋势可靠性验证。监测结果发现,滑坡区2018年4月末5月初开始运动激增。     

精密轨道支持下的哨兵卫星TOPS模式干涉处理

哨兵卫星采用TOPS模式成像,为确保影像干涉相位偏差小于3°,方位向配准精确度需达到0.001个像素。本文论证了哨兵卫星精密轨道条件下进行几何配准即可达到较高的配准精度,满足增强谱分集进行方位向残余偏移量估计的前提条件,并基于DORIS软件实现哨兵卫星TOPS模式影像的几何配准和增强谱分集优化配准处理。地表方位向形变等信号可导致Burst干涉图之间发生相位跳变,并对增强谱分集估计几何配准残余偏移量时产生干扰,本文开展了相关的理论分析和数据处理试验,提出粗差探测方法消除相位跳变对增强谱分集配准的干扰。     

雷达干涉测量对甘肃南峪乡滑坡灾前二维形变追溯

利用存档光学遥感影像对灾前演变情况进行分析是目前常用的方法,但往往受限于获取时间密度、云量等因素。随着雷达遥感卫星数据质量的不断提升,合成孔径雷达干涉测量（interferometric syntheticaperture radar,InSAR）技术可以为滑坡灾前形变探测提供新的技术途径。基于欧洲空间局哨兵一号（Sentinel-1）雷达卫星数据,同时结合升轨与降轨视线向形变结果提取沿坡向与垂直向二维形变,对2018年7月12日甘肃南峪乡滑坡灾前二维形变进行追溯分析。时序结果显示,该滑坡自2017年6月起便已经开始缓慢的变形,至滑坡发生前13个月时最大累积形变量达77 mm。结合降雨量数据对比分析,发现该滑坡灾前变形与降雨量变化高度吻合,说明降雨是该滑坡发生的主要诱因之一。该InSAR追溯结果展示了星载雷达干涉测量技术在滑坡探测方面的应用潜力,为滑坡诱因分析、防灾减灾乃至滑坡监测预警工作提供了新的思路与参考。     

甘肃黑方台黄土滑坡InSAR识别、监测与失稳模式研究

采用合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）技术对甘肃黑方台地区潜在的黄土滑坡开展了多时相编目、长时序监测以及失稳模式识别研究。首先,采用不同空间分辨率、不同波长的历史存档合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）数据对黑方台地区2006-12至2017-11间的潜在滑坡开展了识别研究,在2006-12至2011-03和2016-01至2016-11两个时间段均识别出数10处不稳定坡体,实地调查和光学遥感影像验证了InSAR技术识别结果的可靠性与准确性。然后,对典型不稳定滑坡体采用高空间与高时间分辨率的TerraSAR-X数据开展了长时序监测,结果表明,在InSAR监测期间,累积形变最大的滑坡体在随后的时间里均发生了滑动,并成功地捕获到滑坡体形变加速的时间点。最后,利用升降轨SAR数据开展了黄土滑坡二维形变监测研究,基于滑坡的二维形变特征并结合地形图以及光学遥感影像进一步研究了滑坡的失稳模式,现场调查结果验证了所获得滑坡失稳模式的准确性。     

Sentinel-1卫星监测黄土坡滑坡体散射体变形

针对如何全面地提取滑坡体的运动趋势,评估当前多重手段对滑坡的整治效果问题,该文以湖北巴东县黄土坡古滑坡为例,采用分年度提取PS点的方法,从哨兵雷达卫星时序数据中提取了黄土坡上残留建筑物、建筑物遗址、变电站等目标构成的强散射体点目标。通过2018年至今的哨兵雷达卫星时序数据分析结果显示,滑坡前缘的两个子滑坡体的沉降速率从2018年的-15 mm/a,降至2019年之后的约-10 mm/a,表明滑坡体上建筑物拆除形成的重力卸载减缓了滑坡体蠕动趋势。     

西山村滑坡时序形变的SBAS-InSAR监测

针对传统地表形变监测技术在我国西南山区深厚堆积层滑坡体形变监测中存在的时空分辨率问题,该文利用72景时序Sentinel-1A TOPS SAR影像,基于短基线集(SBAS-InSAR)技术获取2016—2019年四川理县通化乡西山村滑坡的时序形变特征。结果表明:西山村滑坡整体呈近线性沉降的运动趋势,在监测时段内未出现加速现象,处于长期活跃的蠕动形变。其时序形变结果呈现较为均匀的变化,与坡体形态吻合度较高,雷达视线方向的累计形变量在-315.2~20 mm之间变化,形变速率在-116~9.5 mm/a之间变化。时序形变结果表明:最严重的形变区域位于水田寨村组与马崩渔湾村组的交界处,其次是坡体中下部的水田寨村组,坡体后部的拉海拉湾村组的形变程度最小。     

基于迪杰斯特拉算法的哨兵卫星TOPS模式时序影像精配准

目前,哨兵卫星被广泛应用于监测地表形变,然而其默认成像模式TOPS(terrain observation with progressive scanning)受粗配准的精度限制,方位向的频谱混叠会导致重叠观测区域出现相位跳变,需要通过精配准进行纠正。多数开源软件都采用几何配准和增强谱分集结合的方式对哨兵影像进行精配准。增强谱分集的精度通常受到时间去相干、几何去相干和方位向形变等诸多因素的影响,但其直接影响因素是相干性,研究了增强谱分集的精度与相干性的关系。同时,为了提高时序影像的配准精度,提出在精确估计相干性的基础上提取高相干点用于增强谱分集,并应用迪杰斯特拉最短路径算法生成最优配准像对,完成时序像对的精配准。利用传统的单主影像增强谱分集和目前精度最高的序贯网络增强谱分集(network-based enhanced spectral diversity,NESD)对所提出的方法进行了精度验证。实验证明,所提方法能够达到对哨兵影像进行有效精配准的目的,并且弥补了NESD方法的不足。     

顾及方位向偏移的光谱分频法InSAR电离层改正

针对电离层变化导致的影像方位向偏移,使子带影像配准结果存在部分区域失相干现象,从而导致估计出的电离层相位屏精度较低的问题,该文提出了一种改进后的共配准方法以提高干涉图相干性。该方法采用复互相关的估计方法进行影像间的偏移量估计,然后对估计阵列中的异常值进行中值滤波器和低通滤波处理,提高偏移量矩阵的精度,最后利用双线性插值的方法进行插值采样完成影像配准。该文以覆盖昆明地区的L-波段先进陆地观测卫星(ALOS-2)数据和覆盖墨西哥城地区的C-波段欧洲航天局哨兵1号(Sentinel-1)数据进行实验,结果显示,使用改进后的配准方法得到的最终改正结果的精度分别提升了13%、15%左右。该方法有效地平衡了电离层变化对于配准精度的影响,提高了干涉图的相干性,进而提高了电离层相位屏的精度,电离层的影响得到了缓解。     

基于SBAS-InSAR的山体滑坡形变监测分析

本文以2019年3月15日发生于山西省临汾市乡宁县枣岭乡的山体滑坡为研究对象,采用滑坡前后2018年7月5日至2019年6月30日(共30景)Sentinel-1A的SAR影像数据,利用SBAS-InSAR技术对滑坡形变进行监测,发现研究区形变速率为-52.03～33.77 mm/a,整体环境较为稳定;研究了长时序黄土塬的形变速率和累积形变量,并结合相关地质资料分析滑坡成因;采用标准差椭圆算法分析了滑坡所在的黄土塬地区地表形变的时空演变特征,结果表明标准差椭圆的重心向西北偏移,椭圆面积小幅减小,西北-东南方向形变加剧,东北-西南方向变形发展则相对缓和,方位角逆时针旋转,偏移约17.03°。     

结合SAR和光学数据检索凯库拉Mw 7.8地震三维形变

地震的同震形变监测对于地震形变特征解释以及直观了解断层的几何特征具有重要意义。对于有地表破裂的大地震,GNSS(global navigation satellite system)技术空间分辨率较低,InSAR(interferometric synthetic aperture radar)技术由于大的形变梯度会发生相位失相干,均无法获得详细的断层周围形变。基于亚像素互相关技术的光学影像相关和像素偏移追踪能够很好地解决这些问题。以2016年凯库拉Mw 7.8级地震为例,使用哨兵2号数据获取东西向和南北向形变,使用哨兵1号数据获取距离向和方位向形变。为确定获取三维形变场的哨兵2号光学数据与哨兵1号SAR数据的最佳组合,将这些形变种类进行组合,并使用最小二乘方法计算三维形变。结果表明,OIC+POT＿As＿Des的组合最适合获取凯库拉地震三维形变,各种观测数据类型的结合能够较好地控制三维形变的效果和精度。对凯库拉地震的三维形变进行分析,结果表明,该地震在两个不同区域发生了巨大且复杂的地表位移,是一次右旋走滑为主带有逆冲的地震,垂直形变主要表现为抬升。研究成果可以为地表三维形变的研究提供...     

基于最小二乘平差的全极化SAR配准偏移量估计方法

全极化合成孔径雷达影像(PolSAR)相对单极化SAR影像有更加丰富的地表信息。为了提高SAR影像偏移量跟踪技术估算偏移量的精度,提出一种基于最小二乘平差法的全极化SAR数据偏移量估计方法。首先利用全极化SAR不同极化通道数据估算偏移量得到多个观测值,然后通过最小二乘平差法对多余观测值循环剔除粗差得到最优偏移量。文中选取美国科罗拉多州湖城(Lake city)区域的两景JPL无人机UAVSAR全极化SAR影像进行实验,结果表明,文中新方法具有良好的粗差探测和去除功能,相对于已有研究结果,在方位向和距离向的偏移量估算精度都有明显提高,达到15%~25%。新方法提高了偏移量跟踪估算偏移量的精度,这对利用偏移量跟踪技术监测滑坡、地震及冰川等有重要的意义。     

TOPS模式哨兵-1雷达干涉图误差校正技术

哨兵-1系统因其优质的设备参数及开放性的政策具有很高的学术及应用价值,然而其特殊的TOPS成像模式对利用该数据的干涉处理与分析提出了挑战。本文对影响哨兵-1 TOPS模式数据干涉质量的数据配准、电离层及对流层因素进行了定量化分析,提出了基于ESD,以及GPS、ECMWF等外部数据源校正的TOPS哨兵-1模式干涉图误差校正技术;以一对2016年某区域的哨兵-1 TOPS模式影像为研究数据,对其依次进行了精配准、电离层相位和对流层相位系统校正。研究结果表明,配准精度能够满足数据1/1000像元的精度要求;能去除电离层条带相位和方位向相位跳变;进而实现对流层相位约27%标准差精度的提升。此技术能够显著减小哨兵-1 TOPS模式数据的干涉误差,提高其在差分雷达干涉乃至时序差分雷达干涉等形变监测中的应用价值。     

多源数据滑坡时空演化规律研究——以黄泥坝子滑坡为例

滑坡演变是一个长期且复杂的过程,地质灾害体在各类数据中有不同的表现特征,同时各类数据源在滑坡不同阶段有一定的适用性。采用多源数据融合方法,利用各类数据源在滑坡体中不同的特征与适用性,研究黄泥坝子滑坡在滑前-滑中-滑后动态演变过程中的变形破坏特征和时空演化规律。结果表明,黄泥坝子滑坡变形破坏过程可分为4个阶段:启动阶段、加速变形(加速滑移)阶段、前缘扩展(减速滑移)阶段、渐进稳定阶段;黄泥坝子滑坡是在自重、降雨渗透、地震及人类工程活动造成的震动等多效应影响作用下形成的蠕滑-拉裂式滑坡。总结各类数据在滑坡不同阶段的应用,滑前阶段可应用合成孔径雷达技术、光学影像与地形数据确定潜在滑坡体;滑中阶段可利用光学遥感影像分析滑坡堆积体整体变形与演变趋势,利用全球定位系统(global positioning system,GPS)持续观测局部变形;滑后阶段可通过现场调查确定地质灾害体工程地质特征。     

滑坡灾害监测的圆弧合成孔径雷达大气相位校正方法

地基圆弧合成孔径雷达通过形变值测量实现滑坡预警,是一种重要的滑坡灾害监测遥感手段。大气相位校正影响形变值测量精度,是长时间稳定监测的关键技术。本文提出一种基于网格划分的两阶段大气相位校正方法。该方法通过特征提取及分类获得永久散射点,基于此实现监测点的自动筛选;利用网格估计大气相位,有效降低运算量,提高了计算效率;结合空间滤波和时间序列滤波,保证了大气相位估计的准确性。实测数据处理结果表明了该文所提方法在大气相位校正方面的有效性。     

利用2016—2020年Sentinel-1数据监测与分析三峡库区树坪滑坡稳定性

由于不良地质条件和周期性蓄水等因素影响,中国三峡库区岸坡的稳定性问题一直备受关注。获取了覆盖树坪滑坡周围区域2016-03─2020-03的111景哨兵1号(Sentinel-1)数据,利用时间序列合成孔径雷达干涉测量技术(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)对该数据集中的高相干点目标和分布式目标进行分析,获取实验区坡体变形。结果显示,实验区内有7处坡体处于活跃状态,最大变形速率达到70 mm/a。与树坪滑坡GPS形变观测值进行比较,验证了InSAR结果的有效性。通过对树坪和三门洞等典型滑坡的时序分析发现,库区水位和集中降雨是滑坡变形的主要影响因素,实验区内的治理工程有效减缓了变形趋势。与此同时,公路建设与植被耕种等人类活动引起了熊家岭村等出现地面沉降,需密切关注以防止出现安全隐患。所得结果证明时序InSAR技术可以有效识别和监测滑坡,为地质灾害风险普查以及防灾减灾治理成效评价提供技术支撑。     

四川茂县岷江河谷区段滑坡隐患雷达遥感识别与形变监测

长期以来,中国四川省茂县地区受地质、地形条件和构造活动的影响,滑坡等地质灾害频发,给人民的生命财产和公路等基础设施安全带来了巨大的威胁,因此需要对滑坡隐患区域进行有效识别和监测。以时序哨兵1号A、B卫星(Sentinel-1A/1B)影像为数据源,利用时间序列合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)技术对茂县岷江河谷区段的潜在滑坡隐患开展识别监测,对重点区段进行了分析,同时分析探讨了InSAR滑坡监测中不同轨道数据的视线方向形变测量灵敏度差异。从实验结果中成功探测识别出了茂县岷江河谷沟口乡至石大关乡段的20余处滑坡隐患,现场实地考察验证了识别结果的准确性,证明了时序InSAR方法在高山河谷区滑坡隐患识别监测中的有效性。     

西藏易贡滑坡演化光学遥感分析与InSAR形变监测

2000-04-09中国西藏波密县扎木弄沟发生了巨型山体崩滑事件,堵江截流形成堰塞湖,最终堰塞湖溃决对下游区域造成了严重的破坏。为分析易贡滑坡发生前后地表长时间演化特征,通过长时序光学遥感影像对易贡滑坡灾前灾后特征进行了解译。结果表明,易贡滑坡灾前沟头危岩体发育,沟内大量碎屑物质堆积,并且滑坡物源区在灾害发生前几个月已存在局部崩塌,处于不稳定状态。进一步使用合成孔径干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)技术监测了易贡滑坡区域2015—2019年地表形变,结果表明扎木弄沟整体处于稳定状态,但在局部区域探测到6个不稳定形变体,其中位于易贡滑坡滑源区的形变体规模与形变最大,风险较高,建议持续开展监测。