合成孔径雷达干涉测量(InSAR)在地面形变监测中的应用

运用合成孔径雷达干涉及其差分技术(InSAR及D-InSAR)进行地面微位移监测，是近年来发展起来并得到日益重视的新方法。对不同地区地面形变的最新研究结果表明，合成孔径雷达干涉及其差分技术在地震形变、冰川运移、活动构造、地面沉降及滑坡等研究与监测中有广阔的应用前景，具有不可替代的优势。 与其它方法(如GPS监测等)相比，用InSAR及D-InSAR进行地面形变监测的主要优点在于：(1)覆盖范围大，方便迅速：(2)成本低，不需要建立监测网；(3)空间分辨率高，可以获得某一地区连续的地表形变信息；(4)可以监测或识别出潜在或未知的地面形变信息：(5)全天候，不受云层及昼夜影响。但是由于系统本身因素以及地面植被、湿度及大气条件变化的影响，精度及适用性受到一定的限制，需要在实践中不断加以完善和提高，并与地质研究及其它方法相结合。 为了弥补传统InSAR及D-InSAR方法在地面形变监测方面的不足，提高其精度，近期引入了一种称为永久散射点(PS)的方法。此方法通过选取一定时期内表现出稳定干涉行为的孤立点，克服了许多妨碍传统雷达干涉技术的分辨率、空间及时间上基线限制等问题，使InSAR在城市及岩石出露较好地区地面形变监测精度大大提高，在一定的条件下精度可达到mm级。     

基于Sentinel-1数据对青藏高原五道梁多年冻土区地面形变的监测与分析

在气候变暖背景下,地面形变监测可以反映多年冻土的发育趋势。利用欧空局Sentinel-1降轨数据（2014年11月27日至2017年3月4日）,基于SBAS-InSAR技术,获取了五道梁多年冻土区的地面形变状况,并分析了环境因子对其的影响。结果表明,近年来该地区地面主要表现为沉降趋势,与水准实测形变趋势吻合,相对误差为22.4%,均方根误差为4.3 mm;形变变化速率为-10.28 mm·a^-1,相对误差为14.79%。植被类型、地形地貌对多年冻土区地面形变影响较大。植被发育越好,由于土壤含水量越高,地面形变量越大;而植被覆盖度在一定程度上会影响Sentinel-1数据获取地面形变信息的精度;地形起伏较大的山区形变量存在垂直向与南北向的差异;水体分布较多的地区,信号失相干相对严重,Sentinel-1数据获取地面形变信息的能力会受到较大的影响。此外,降水事件与日冻融循环作用对Sentinel-1数据获取地面形变信息的精度影响也不可忽略。因此,在利用Sentinl-1数据获取青藏高原多年冻土区地面形变信息时,要综合考虑下垫面、气候条件与冻土日冻融循环的影响。     

西安市热水资源开采对地面形变的影响分析

从西安市的地热资源开发利用现状人手，通过基于质量守恒定律的体积互换理论分析开采西安的热水资源对西安地面沉降和地裂缝的影响．并且通过国内外相关的地热开采引起的地面形变效应实例进一步说明无序地开采西安市热水资源将对西安市的地面形变产生不可忽略的影响。     

利用雷达差分干涉测量技术获取汶川MS 8.0地震形变场

利用ENVISAT/ASAR和ALOS/PALSAR数据,结合两路差分干涉测量技术获得了汶川地震的同震形变信息和震前、震后地面在卫星视线(light of sight,简称LOS)方向上的形变特征。结果表明,汶川地震引起的地面形变范围广,程度大,地震形变沿断层向北北东向扩展,所形成的差分干涉条纹明显。地面的形变特征对于推断断层的性质,研究地震形变和地震发育特征具有重要的参考价值。另外,将同震雷达差分干涉测量的结果与利用USGS发布的汶川地震有限元断层模型(finite fault model)反演的LOS方向的形变进行了对比验证,发现二者在断裂带的上盘具有较好的一致性,但在下盘却有较大的误差。通过不同传感器干涉结果的对比发现,L波段的雷达干涉结果更能够反映汶川大地震在龙门山断裂带附近的地面形变信息。     

数字滤波在地裂缝和地形变研究中的应用

运用数字滤波理论来区分西安地裂缝、地面垂直地形变活动量中构造活动变形量和释水固结压密变形量。结果表明，地裂缝活动时序中低频长周期成份占绝大部分，而地面垂直地形变活动时序中高频短周期成份占绝对优势。释水固结压密变形量约占总变形量的60％～90％。     

西安市地面沉降时空演化特征及机理研究

本文根据多年来的垂直形变资料,系统而深入地研究地面垂直形变的演化特征及其规律,并结合地下水活动和地面沉降分层标的监测资料,分析地面沉降成因。西安地区由于过量开采地下水,引起地面急剧沉降。     

城市地下水开发利用的生态环境问题

本文从保护城市地下水环境的角度出发，对由于大量开采地下水导致地下水环境的改变，地下水资源枯竭、地下水水质恶化，地面形变等灾害性的城市生态环境问题进行了较为全面地论述，并就各种灾害的防治提出了综合的建设性措施。     

用InSAR技术提取数字高程模型的研究

合成孔径雷达干涉测量(InSAR,Synthetic Aperture Radar)是一种获取地面数字高程模型(DEM)和探测地面微小形变的新技术。这里概述了干涉测量的发展历史,介绍了干涉测量的基本原理,并利用青藏高原库塞湖地区的数据对干涉测量获得地面数字高程模型进行了详细的阐述,最后对生成的地面数字高程模型进行结果分析。     

蔚县矿区地面沉陷InSAR多维形变监测

河北蔚县是我国华北地区最大的地下采煤区之一,该地区长期存在采矿塌陷灾害,不仅威胁采矿安全,而且严重破坏当地生态环境。本文基于合成孔径雷达干涉（InSAR）这一新型空间对地观测技术,采用61景Sentinel-1A/B干涉宽幅（Interferometric Wide swath,IW）模式数据进行矿区形变观测,获取整个矿区在2017—2018年间的地表形变空间分布特征,并对矿区地表的沉降量级及面积进行详细的统计分析。此外,采用融合多轨道SAR数据的多维形变时序估计方法,对西细庄矿数据进行东西向和垂向的二维形变分解,获取该矿的二维形变时间序列。结果表明:除南留庄井田外,其余三大井田在监测期间均存在不同程度的地面沉陷灾害;整个矿区年沉陷速率超过-10 cm/a的区域达到了2.16 km2;受成像几何影响,不同轨道数据获取的形变结果存在一定差异;西细庄矿以垂向形变为主,伴随明显的东西向水平形变。研究结果为蔚县矿区地面沉陷监测与煤矿安全开采提供数据参考。      

利用InSAR技术监测徐州市矿区地表变形

徐州煤矿资源丰富,煤矿的开采和利用,在产生巨大经济和社会效益的同时,却造成了大规模的地面沉陷,区内大量的农田、建筑物、道路等受到影响和破坏。InSAR测量技术的差分干涉图用于监测厘米级甚至更微小的地面形变,具有全天候、大面积监测地面沉陷的优势。以徐州地面沉陷监测为例,介绍了InSAR测量技术在矿区地面沉陷监测领域中的实际应用。     

徐绍史部长视察江苏省地质调查研究院苏锡常地面形变监控中心

2009年7月2日,国土资源部部长徐绍史一行在江苏省副省长李小敏、省国土资源厅厅长夏鸣、苏州市政府常务副市长曹福龙等领导陪同下,视察了江苏省地质调查研究院苏锡常地面形变监控中心。     

D-InSAR技术在阿干镇矿区地面沉降监测中的应用

煤矿区过度开采引起的矿区地表形变和地面塌陷对人民群众的生命和财产安全造成极大的隐患,准确获取矿区地表形变范围及形变量、预测地表形变趋势具有重要意义。传统的地表形变监测手段都是基于点位的观测,成本较高且难以获得整体形变趋势,本文采用先进的D-InSAR技术,针对D-InSAR技术流程中时空基线对相干性的影响、干涉图滤波方法及参数的影响等关键问题进行了大量实验和讨论,并提出了优化方案,获取了阿干镇煤矿区过度开采导致的两个严重塌陷区域及形变量,实验结果与甘肃省地质环境监测院实地调查结果高度一致,充分体现了D-InSAR技术在获取地表微小形变方面的强大优势及发展潜力,对D-InSAR技术在矿区地表监测、安全生产及土地规划等方面具有很好的实际意义。     

基于PS-InSAR技术的后海深槽地面及建筑物形变监测分析

深圳市南山区后海片区为总部大厦基地,莲花山断裂带和珠江口大断裂带在此交汇,区域内基岩埋藏较深,断层较发育,存在巨厚的风化深槽,地面高层建筑多采用超长桩基础。文中研究采用永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术对深圳市南山区后海片区南部东侧沿海部分的地面和建（构）筑物进行大范围、长时间形变监测。监测结果表明,深槽上建筑物以及其他构筑物沉降相对稳定,目前在后海巨厚深槽上的建筑桩基施工工艺安全有效。沉降量较大的区域为深圳湾公园草地及其周边区域,主要由于填海造陆软土引起形变。经过与传统监测技术的对比,InSAR技术监测精度满足规范要求。在大范围、低成本、高精度、高效率的形变监测需求方面,InSAR技术具有优势。     

浅谈山西煤矿区的环境工程地质问题

山西是煤炭之乡,煤矿资源丰富,采煤工业发达。但采煤出现了一些环境工程地质问题。本文仅就矿体冒顶、地面形变、采矿滑坡与崩塌,地下水资源枯竭和水体的污染进行探讨。     

地震减灾中INSAR技术应用前景及关键技术

1.INSAR技术简介 INSAR(合成孔径雷达干涉测量)技术是近几年迅速发展起来的高新技术,它使用雷达信号的相位信息提取地球表面的三维信息。主要用于测量地面点的高程及其变化。INSAR的优势是能够全天候、全天时地获取大面积地面精确三维信息。 INSAR与GPS的区别在于它能获取垂向上的形变,采样密度高、空间延续性好和无需建立地面接收站。INSAR与其它测量形变位移仪器的区别是其它测量仪器成本高,布点少,且难以大范围追踪地壳变形。 INSAR于1974年最先用于地形制图。80年代末90年代初,随着卫星遥感技术的发展,该方法已成功地用于火山喷发前后以及地震发生前后的地表垂直形变监测,其结果与     

负摩阻力作用下锥形异型桩承载力研究

研制异型桩是降低负摩阻力的重要措施之一,对目前能降低负摩阻力的异型桩的种类和特征进行了系统分析与总结,并介绍了作者已授权的一项国家发明专利——一种端部螺纹X形变截面预制管桩及其施工方法。通过FLAC3D软件分别模拟了圆形等截面桩和锥形异型桩在相同地面堆载的情况下桩身轴力的分布情况,结果表明锥形纵截面的设置可以有效降低负摩阻力的影响。阐述了端部螺纹X形变截面预制管桩能更显著降低负摩阻力的机制,研究成果可为端部螺纹X形变截面预制管桩的设计和推广应用提供一定的理论基础。      

时间序列InSAR技术在矿区地表形变监测中的应用

针对露天矿区与城区地表相干性不一的特征,提出一种改进的时序InSAR(合成孔径雷达干涉测量)技术对霍林河矿区及周围城区地表进行形变监测。首先,通过增加时间采样密度控制相干性来筛选矿区周边具备一定相干点密度的干涉数据;其次,采用经过参数优化的分布式散射点选取方法选取分布式目标并使用传统方法提取永久散射体;最后,将分布式目标与永久散射体目标混合构建Delaunay三角网进行两次回归分析得到研究区域地表形变速率。实验结果显示,霍林河矿区边坡最大形变速率达到?630 mm/a,矿区周边道路地面最大沉降速率达到71 mm/a,霍林郭勒市地表沉降速率最大达到15 mm/a,与同期GPS监测结果进行对比,证明改进的时序InSAR技术方法适用性良好,对矿业城市地表形变监测提出了一种新的InSAR监测方法。     

极具潜力的空间对地观测新技术——合成孔径雷达干涉

“合成孔径雷达干涉(InSAR)”是近十年发展起来的空间对地观测遥感新技术。它具有从覆盖同一地区的星载(或机载)合成孔径雷达复数图像对提取干涉相位图,借助于雷达成像时的姿态数据重建地表三维模型(即数字高程模型)的巨大潜力。尤其是基于多幅雷达复数图像处理的差分干涉技术(D-InSAR)可以用于监测地表形变,精度可达厘米级甚至更高,其监测空间分辨率是前所未有的。介绍了InSAR和D-InSAR的基本原理,对影响干涉结果的一些重要因素做了分析,重点回顾和展望了差分干涉技术在与地表形变有关的地震监测和震后形变测量、地面下沉和山体滑坡、火山运动监测等方面应用的现状和前景。     

基于地面三维激光扫描的三峡库区危岩体监测

三峡水库周期性蓄水改变了岸坡内的地下水渗流场和应力场,降低岩土体的剪切强度,对库岸边坡、岩体稳定性影响很大。以往库区岸坡岩体形变监测主要通过设置固定点进行观测,难以发现岩体整体变化情况。地面三维激光扫描方法能获取岩体整体表面厘米精度的点云数据,具有无需接触目标、获取速度快、精度高等特点,非常适合库区高陡危岩体表面三维形变监测。以巫山箭穿洞危岩体为例,采用地面三维激光扫描方法对箭穿洞危岩体进行了为期2年（2017—2018年）共3期监测,以第一期观测目标周围稳定岩体数据为基准,对数据进行重叠点云迭代配准,点云配准精度优于±2.7 cm。针对箭穿洞危岩体在观测时段内的变化情况,构建危岩体区域的基准不规则三角网模型,以点到基准面最近距离法结合危岩体变化区间分析其变形。通过对比分析箭穿洞危岩体3期观测数据,发现相对于2017年,2018年箭穿洞危岩体左侧岩体有变形趋势;在库区蓄水阶段,危岩体局部多处存在明显凹陷变化,局部因蓄水影响发生约?0.03～?0.07 m变形。结果证明三维激光扫描技术在库岸高陡边坡形变监测中的有效性,为三峡库区高陡危岩体形变监测及地质灾害防治工作提供了参考。     

佛山地铁塌陷InSAR时序监测及机理分析

2018年2月7日,位于广东省佛山市禅城区的地铁2号线在盾构施工中发生塌陷事故,造成11人死亡、1人失踪、8人受伤,直接经济损失超过5000万元。为深入分析此次事故成因,本文基于自2017年3月~2019年1月期间的56景Sentinel-1A数据,利用SBAS-InSAR技术获取了研究区的时空形变信息。结果发现塌陷区及其附近区域在监测期间存在持续的地面沉降,形变速率达到30 mm·a-1以上。通过对事发地的实地调查和形变特征分析,并结合当地地质资料推测了塌陷形成的机理:供水管道下方的软土存在不均匀沉降,使水管产生裂缝导致管道内水外渗,进而致使还未达到胶装凝固点的管片产生裂缝,最终引起隧道和地面坍塌。研究结果可以为今后盾构施工中塌陷的监测和预警工作提供理论依据。