利用短基线集干涉测量时序分析方法监测北京市地面沉降

利用差分干涉测量短基线集时序分析方法,基于ENVISAT SAR数据,研究了2003~2010年期间的北京地区主要地面沉降区域的空间分布特征。对两个相邻轨道的结果进行对比验证,相关性达到了0.87,RMS为4.9mm/a,显示了结果的可靠性。InSAR时序分析结果发现,2003~2010年期间,北京的主要沉降区域在快速沉降,而且呈加速趋势。朝阳区和通州的部分沉降中心在2007~2010年期间年平均沉降速率达到了100mm/a。     

基于时序InSAR技术的蔚县地面形变监测

合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术在城市地表形变监测中具有高精度、高分辨率、低成本、空间连续监测等优势。以河北省张家口市蔚县为研究区域,获取了20景TerraSAR-X影像,分别采用PS-InSAR和SBAS-InSAR两种时序技术得到了蔚县城区2015年6月9日到2016年1月4日期间地面平均沉降速率,结果表明,两种时序InSAR技术监测沉降结果具有很高一致性,而且相关性较高,达到0.9以上,城区中心发生了比较严重的地表沉降,形成了一个明显的沉降漏斗,沉降速率达到了30mm/a,地下水的严重开采以及建筑物的加速构建是引起该区域地面沉降的主要原因,该研究可以为城市地面沉降治理、整体规划等提供参考意义。     

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。     

一种多源地面沉降监测数据融合方法及其应用

本文利用精密水准、GNSS和时序InSAR 3种技术手段开展多源地面沉降监测数据融合研究。首先统一3种监测手段的时空基准,然后采用Bland-Altman方法分析监测结果一致性,并采用曲面拟合方法建立监测数据间的模型关系,得到综合精密水准、GNSS和时序InSAR优势的面状监测结果。研究结果表明：研究区主要沉降区域位于沛县安国镇、龙固镇、朱寨镇、大屯街道及丰县分凤城街道,矿产资源开采是导致区域沉降的主要因素。监测周期内的最大沉降速率为29.8 mm/a,地面沉降速率超过10 mm/a的沉降区面积为2 018.8 km²,占总面积的61.9%。     

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。     

利用时序InSAR技术反演塘沽地区沉降历史

以塘沽区为研究对象,对1992~1998年间的19景ERS-1/2影像,采用时序InSAR技术反演其由过量开采地下水引起的沉降历史。采用三次多项式模拟实际沉降模型,精确获取SAR成像时间点的下沉值,与反演值对比验证,结果表明,时序InSAR技术反演的历史累积沉降信息与水准数据一致,两者的平均沉降速率之差在5mm/a以内;研究区域以20~50mm/a的速率在整体下沉,西部地区下沉最为严重。     

用多时相InSAR技术研究廊坊地区地下水体积变化

利用多时相InSAR(multi-temporal InSAR,MTI)技术,以河北廊坊市城区为试验区,利用两个Track覆盖的SAR数据获取了该地区2007～2010年间的高精度地面沉降速率场。结果表明,廊坊市中心城区存在一个非常明显的沉降漏斗,其最大地面沉降速率为76.0mm/a。在此基础上,利用自由应力下的体积应变模型进行地下水体积变化反演,显示该地区的体积变化最大达到-1.15×10-4/a,整个研究区的地下水年抽取体积达554万m3。     

利用时序InSAR反演常州市地表沉降速率

利用25景Envisat ASAR数据和29景高分辨率(3 m分辨率)TerraSAR-X数据,采用永久散射体干涉测量技术(PSInSAR)研究了常州市2004-2014年的地表沉降速率。结果显示,常州市的主要沉降区域发生在武进区,存在2个主要的沉降中心和1个大范围的沉降条带,2004-2010年间的地表沉降速率达到26 mm/a,2010-2014年间沉降速率变缓,最大为24 mm/a。两组数据同时段的沉降量相关性达到0.78,并利用研究区域同期水准数据检验了本文的研究结果,两者的平均速率差值均在5 mm/a以内,表明时序InSAR技术反演结果的可靠性和精度。X波段高分数据监测到C波段无法监测的高速路段存在5.3 mm/a的沉降速率,与水准结果的RMS分别为2.5、4.2 mm/a,表明TerraSAR-X比Envisat ASAR不仅具有更高密度的PS点,并且探测目标的位移具有更高的灵敏度和更高的精度。     

短基线集技术的合肥地表形变监测研究

针对如何利用InSAR技术持续性监测合肥市重点区域地表形变的问题,该文提出了一种利用COSMOSkyMed影像数据,基于短基线集技术反演2011—2016年度合肥地区地表形变的方法。结果表明:合肥市重点区域在2011—2016年期间地面形变呈平稳态势,年均形变速率在-5mm/a到5mm/a的地面形变点数量占总地面形变点数量超过95%。技术人员利用研究区内的CORS监测数据与InSAR监测的形变结果进行比较分析后发现,两者间具有较好的一致性,年形变速率差异的均方差为0.3mm/a。     

利用PSInSAR方法反演大时空尺度地表沉降速率

通过时间基准和空间基准的连接,对PSInSAR方法进行了扩展,对覆盖华北平原约20万km2的500余景Envisat ASAR数据进行了处理,获取了该地区2006~2010年的地表沉降速率。分析表明,华北平原多个沉降中心沉降速率处于较高发展态势,从北京-廊坊-天津到任丘、沧州、泊头、衡水、德州、南宫,再到邯郸,地面沉降已连成一片;天津市的静海-滨海地面沉降最为突出,两地沉降中心区的平均沉降速率分别达到62mm/a和67 mm/a,北京东部、沧州、泊头-衡水-德州、邯郸等老沉降区的沉降速率分别达到36 mm/a、34mm/a、37mm/a、29mm/a。利用天津地区同期水准测量结果检验了本文的研究结果,差值均小于10mm,表明PSInSAR方法反演结果与水准测量获得的结果是一致的。     

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。     

利用稀少卫星影像控制点生产1:10 000 DOM——以阿拉善盟测区为例

青藏铁路沿线地表受多年冻土的影响会产生抬升和沉降,形变监测对于其安全运行至关重要。本文采用41景C波段Sentinel-1A升轨数据,结合均匀网格划分子区域的方法,探测分布相对均匀的永久散射体,以作为SBAS InSAR技术的地面控制点,对青藏线羊八井站至乌玛塘站段铁路及其沿线地表进行形变监测。试验结果表明,该段铁路年形变速率范围为-8~2 mm/a,该区域形变受周围冻土的影响随季节呈周期性变化;SBAS InSAR技术和本文的PS-SBAS InSAR技术在同名点形变趋势与形变程度方面的对比结果保持一致性,进一步说明了本文方法的可靠性。     

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。     

永久散射体与短基线雷达干涉测量在城市地表形变中的应用

在介绍永久散射体与短基线集雷达干涉测量方法的基础上,以辽宁省盘锦市为例,运用两种方法研究了其市区地表形变特征。对比升降轨永久散射体方法与短基线方法所得到的形变平均速率和时序分析可知,两种方法所得的研究区域的地表形变趋势较为可靠,且以垂直沉降为主,新城区是最大沉降区域,最大下沉速率达20 mm/a,其他区域较为稳定。     

利用InSAR数据的格尔木市地表沉降监测

InSAR及其相关技术在城市地面沉降监测中具有独特优势。本文采用2015年12月4日至2018年1月10日间的37景Sentinel-1卫星SAR影像数据,基于InSAR时间序列分析技术,对地处高原的格尔木市市区及其周边进行了地表形变监测。结果表明,基于相干性等指标共提取了252 889个相干点,每平方千米平均有501个相干点,后续经相干点分析计算后掩模去误差较大的点后,实际使用相干点252 035个;格尔木市及其周边郊区的整体沉降速率均在5 mm/a以内,未发现明显的沉降区域或大面积的沉降带,市区南部的沉降速率低于北部。     

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。     

时间序列InSAR技术辅助下的北京市高速公路网沉降监测应用

利用高分辨率TerraSAR-X影像,通过多主影像相干目标小基线干涉技术（MCTSB-InSAR）获取了北京市主城区2011-2015年的地表形变信息;通过建立缓冲区,提取并分析了北京市12条高速公路及一条快速公路的沉降现状;在高速公路沉降信息的基础上对机场第二高速进行了路面平整度分析。利用水准测量数据验证了监测结果,精度达4.6 mm/a,表明MCTSB-InSAR技术不仅可以快速监测出大区域高速公路交通网络的地表沉降,而且监测精度较高。     

基于D-InSAR三轨法的北京平原区地表形变监测

首先阐述了D-InSAR三轨法提取地表形变的基本原理,以北京平原区为实验区域,利用2009年9月到2010年4月间时隔210 d的三景Envisat ASAR数据进行解算,获取了该时间段内北京市城区范围内的整体地表形变,并将其与常规水准测量结果进行比较。结果表明,实验区监测结果范围与传统测量方法累计沉降量等值线吻合较好,D-InSAR三轨法能很好地反映实验区域的地面沉降情况。     

时序InSAR北京地区地表沉降监测与分析

针对北京地区地表沉降现象,本文采用时序InSAR方法获取了2018—2020年的沉降速率场与累计沉降量场,并选取特征区域及不同空间跨度的两条地铁线路进行具体沉降分析。结果表明：(1)北京地区不均匀沉降现象较为明显,总体呈现西部抬升、东部沉降的空间分布特征;(2)存在3个较明显的沉降漏斗,最大累计沉降量达-218.5 mm;(3)朝阳区存在金盏沉降漏斗及豆各庄沉降漏斗,且两个沉降漏斗在本文研究时间跨度内均呈扩大趋势;(4)地铁5、6号线均存在不同程度的沉降与抬升现象,沉降现象与地下水及地下空间的过度开采存在一定的关系,而地区抬升现象与南水北调工程对地下水的补充存在相关关系。