用D\|InSAR技术测量地面形变位移三分量

SAR图像按轨道和天线视向划分有升轨左视、升轨右视、降轨左视和降轨右视四种类型，仅采用其中的一种SAR图像测量地面形变，会因为D\|InSAR技术仅对视线方向位移敏感而产生误差.本文在介绍D\|InSAR测量原理的基础上，详细导出了由视线方向形变量计算真实形变位移三分量的一般表达式，分析了用D\|InSAR技术测量形变位移三分量存在的困难，最后给出了可能解决途径.     

黄河流域刘家峡—兰州段滑坡灾害的InSAR识别及成因分析

我国滑坡灾害频发,尤其是西部地区,滑坡的隐蔽性强且危害巨大,对其灾害隐患进行早期识别对防灾减灾意义重大.传统的人工排查、大地测量等手段在山区难以开展且耗时耗力,合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)作为新兴的遥感测量手段,可以更精确、高效地进行大范围的滑坡灾害隐患识别.以黄河流域刘家峡-兰州段为研究区,采用永久散射体I...     

玛尼地震的InSAR形变研究与模拟

采用欧洲空间局ERS-2的星载干涉雷达数据,选取1997年11月8日MW7.6级玛尼地震作为研究对象,采用了差分干涉方法,在通过对覆盖同一地区的SAR数据进行差分干涉处理,得到了玛尼地震的视线向同震形变场。经研究发现:该地震形变场呈长轴近北东东向不规则椭圆形分布,地表破裂带长度约为130km,发震断层走向约为78°,断裂为左行走滑特征。断层以南为隆起区,在发震断层附近最大视线向隆起位移量为113.6cm,断层以北为沉降区,最大视线向沉降位移量为170.4cm。基于Okada模型实现了具有复杂结构的4段断层段参数的InSAR形变场数据模拟,获得断层的最大走滑为6m,估计出玛尼地震的标量地震矩M0为2.69×10^20Nm,计算得到的矩震级MW为7.6。证明了研究方法的正确性和研究结论的可靠性。     

海潮负荷对沿海地区宽幅InSAR形变监测的影响

海岸带地区是全球自然生态环境最为复杂和脆弱的地域之一,合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术可以为全球人类活动、气候变暖和俯冲带剧烈构造运动等背景下的大范围海岸带地理环境变化研究提供重要观测资料.海洋潮汐导致固体地球长周期形变,波长尺度为10²~10³ km的海潮负荷引入mm级至cm级的形变梯度,此类非构造信号对海岸带InSAR精密形变分析（如：大范围、微小、缓慢且非稳态构造过程等）造成显著影响.本文以宽幅模式SAR数据为例,基于多种海潮模型研究了全球典型海岸带地区（福建、智利和阿拉斯加湾）海潮负荷效应对宽幅InSAR形变监测的影响,给出了宽幅InSAR海潮负荷三维分量估计与差分相位提取方法,并进一步讨论了基于不同海潮模型估计海潮负荷位移的差异.海潮负荷影响不仅与研究范围大小有关,其形变梯度变化与研究区域地形特征存在强相关,对于长波长形变分析而言,传统平面或者曲面拟合方法难以有效分离海潮负荷位移.

     

长江三峡工程库首区InSAR测量的初步研究

正在进行的长江三峡水利枢纽工程将建成世界上最大的人工水库，已有的研究表明，高坝水库有可能诱发中强地震。合成孔径雷达干涉测量（InSAR)已成为测量地球表面变化极具潜力的技术。对欧洲遥感卫星ERS－1与ERS－2的SAR数据的初步分析表明：只要时间跨度不太长，在有植被覆盖、地形起伏较大的山区亦能获得较为理想的干涉图像。结合三峡地壳形变监测网络，利用InSAR技术完全有希望识别三峡工程蓄水过程的地表变形。     

InSAR-测量地表形变的手段

通过对不同时间拍摄的图像的相位信息的比较，干涉测量合成孔径雷达能够测量到厘米级的大地位移。     

InSAR相位分解及其在生成DEM和研究地震形变场中的应用

InSAR是极具发展潜力的微波遥感新技术,可应用于数字高程模型的产生、制图和大范围微小地表形变的测量。考虑参考面、地形和地表形变等因素,本文从几何角度分析和讨论了In-SAR的相位分解,并给出了各相位分量的函数表达式,阐述了地表高程和形变信息提取的基本原理。最后以JERS和ENVISAT卫星数据为例,展示了合成孔径雷达干涉测量在生成数字高程模型和提取地震形变场中的应用及其数据处理过程。     

基于D—InSAR的1993—1995年苏州市地面沉降监测

本文利用欧洲空间局ERS-1/2 SAR数据，通过SAR差分干涉测量（D-InSAR)处理得到1993-1995年苏州市地面沉降场测量值。地面水准则测量数据的验证分析表明，差分干涉测量值与水准则值量值的相关度达0.943，标准误差均值为0.1706。雷达差分干涉测量精度可达5mm（以水准则量代表地面形变的真实情况）。研究结果表明，D-InSAR技术进行城市地面沉降方面监测和时空演化特片研究具有很大的优势，同时可用于其它类型城市地质灾害的监测。     

基于InSAR数据分析四川盆地南部长宁页岩气区块地表形变场基本特征

近年来随着我国页岩气大规模开采,四川盆地南部活动构造相对稳定的地区出现了一系列微震和有感地震,甚至是破坏性地震。这些地震是否为工业开采所诱发,目前已有研究从时空相关性给出了一些统计推断,本文则从形变观测角度分析页岩气开采能否产生可以检测到的地面形变,以揭示形变信息与页岩气开采的关系,尝试为页岩气开采提供有效的监测手段。基于长波ALOS-2卫星雷达数据对长宁页岩气区块近两三年内的InSAR地表形变展开探测,检测页岩气发活跃时段内的形变时间序列信息。结果显示：考虑到不同观测砽技縂术的误差水平和观测角度差异,两种卫星数据均反映了一致的地表形变分布,且形变场与页岩气开采井的空间分布有很好的对应关系;压裂注液过程会造成地表快速隆升,生产过程中随着流体扩散地表会出现沉降和水平运动,初步揭示出页岩气生产过程中地面形变的非稳态变形特征。这表明在四川盆地南部复杂的形变观测条件下,InSAR技术是页岩气开采有效的监测手段,能够弥补地震学观测的不足。     

InSAR约束下的2008年汶川地震同震和震后形变分析

2008年5月12日,青藏高原东缘的龙门山断裂带上发生了Mw7.9级汶川地震.本文通过分析覆盖汶川地震震中区域的ALOS/PALSAR像对的方位向偏移量来选择无明显电离层扰动影响的像对进行干涉处理,获取了高精度、连续的InSAR地表形变场.在此基础上,结合高精度GPS同震形变数据,采用同震、黏弹性松弛震后形变联合反演模型同时确定了汶川地震的同震滑动分布和龙门山地区的流变结构参数.研究结果表明,汶川地震是一个断层破裂非常复杂的地震事件,其中,北川段、岳家山段、虹口段和汉旺段的滑动以逆冲为主,而青川段以右旋走滑为主.滑动主要发生在10 km深度以上的区域,最大滑动量位于虹口段的东北端,达10.7 m.地震释放的总能量为9.28×1020 N·m（Mw7.91）,与地震学的结果一致.联合反演模型确定的龙门山地区中下地壳的黏性系数为2×1018 Pa·s,为青藏高原东部地区的黏性系数提供了一个可靠的下限值.如果有更长时间的震后形变观测时间序列,将为该区域提供更为可靠的流变结构.     

建筑物震害多源遥感特征与机理分析

随着遥感信息源的不断增加,多种遥感数据被用于详细判读建筑物的震害情况.为准确判读震害等级与建立震害自动识别模式,本文收集整理了汶川地震震区的震害遥感图像,通过目视判读、图像处理、统计分析,重点分析了各类震害建筑物在光学影像中的特征表现、在合成孔径雷达图像中的成像机理特征以及在激光雷达图像中的三维特征.在此基础上构建了建筑物简化模型,并联合光学影像和雷达图像对震害建筑物的影像特征剖面予以分析.结果显示:光学遥感图像色彩信息符合人眼色觉原理,具有较好的直观判读效果;合成孔径雷达图像能够记录地物侧面、表面的粗糙程度和角反射特点,信息量丰富但不直观;激光雷达图像能获取建筑物的三维信息,因此震害评估工作中需有效地综合利用多源遥感数据,才能实现最佳的判识效果.      

多孔径InSAR技术电离层校正方法及二维形变场应用研究——以玉树地震为例

差分合成孔径雷达干涉测量技术只能监测地表在雷达视线方向上的一维形变,这极大的限制了其发展和应用.本文详细介绍了一种利用单对干涉影像监测地表二维形变的方法——多孔径InSAR(MAI)技术,研究了基线误差和电离层对该技术的影响,发展了利用顾及方向性的滤波和插值方法改正电离层的影响.最后,以2010年玉树地震为研究对象,利用两景PALSAR影像给出了地表的同震二维形变场.研究结果表明,MAI技术要明显优于传统的灰度偏移量法,在同震形变监测和震源参数反演中具有巨大的潜力.     

基于时间序列的InSAR相干性量级估计

本文提出了一种适用于InSAR数据处理的自适应相干性量级估计方法,该方法能够满足复信号随机平稳的假设前提,并兼顾运算效率与估计精度.此方法生成的相干图具有很好的分布特征,避免了影像空间分辨率的损失.提出的算法分为两个步骤:(1)根据地物后向散射特性,对时间序列SAR影像进行聚类分析,选择具有同分布的样本,保证SAR影像质地平稳条件;(2)对干涉图进行条纹频率估计,采用极大似然(ML)条纹频率估计方法去除系统相位引起的复信号非平稳性,并根据Cramer-Rao边界条件改善条纹频率的估计精度.以美国南加州洛杉矶地区的ENVISAT ASAR数据集为例,本文将新方法与现有方法进行了量化分析.结果表明,较传统方法而言,基于时间序列的相干性估计方法能够得到更可靠、精度更高、空间特征更鲜明的干涉相干图.     

汶川Ms8.0地震前InSAR垂直形变场变化特征研究

利用D-InSAR技术,选用汶川地震前日本ALOS/PALSAR数据,提取了汶川地震前4个条带的形变场,形变场覆盖了映秀镇、茂县、北川县、平武和青川县.结果显示,汶川地震前形变场沿断层呈“凸”状对称形变分布特征,沿发震断层附近出现隆起形变,而远离发震断层两盘均出现下沉,且随着远离断层距离的增加,沉降幅度逐步增加.在断层两侧附近的平武、北川、安县、江油一带出现了大面积形变隆起,幅度为5～10 cm,且断层西侧抬升范围大于东侧.在映秀镇和汶川地震震中附近,沿断层两侧呈现出小范围斑块状隆起,范围在10～15 cm.该隆起区域与汶川震中位置和破裂最强烈段落基本一致.在远离断层的两盘区域出现沉降,绵阳至成都一带沉降范围在0～ -10 cm之间,松潘至文县一带沉降范围在-5～ -10 cm之间.研究表明对于处于闭锁阶段的逆冲断层,震前的垂直变形可能是其主要变形特征.虽然获得的震前形变变化可能存在5 cm的DEM和对流层大气延迟造成的误差,但这种震前垂直形变场变化趋势仍然存在,可能为地震监测预报提供科学依据.     

基于InSAR技术的淮南矿区DEM重建及精度分析

对于易发生地表形变的区域,传统DEM模型如SRTM,逐渐失去其时效特性,不能准确的描述地质特征,亟待更新重建.本文基于合成孔径雷达干涉测量(InSAR)采用SAR影像复数据相位信息提取地面三维信息的新技术,介绍了合成孔径雷达干涉测量数字高程模型建立的原理和方法.在此基础上,选取研究区,获取了Envisat ASAR SLC雷达影像数据,采用InSAR算法对研究区的数字高程模型进行了重建.并在研究区的形变区内外分别选取控制点,对重建DEM和SRTM进行比较分析.结果表明:对于易发生形变的特殊区域,传统DEM因失去其时效性,无法准确的描述地形特征;合成孔径雷达干涉测量可以作为此类地区DEM定期重建的有效手段.最后对重建的DEM实现三维可视化,提高了读图效率和成图质量.     

基于虚拟特显点的高精度InSAR性能评估方法

由于特显点的高相干性,基于图像特显点的InSAR性能评估方法存在指标计算偏高的技术缺陷.为了客观评价InSAR性能,通过在实际特显点邻域引入虚拟特显点作为评估样本点,提出一种改进的InSAR性能评估方法.该方法利用特显点的高信杂比特性,并通过实际特显点和虚拟特显点的精确相对定位,可准确估计虚拟特显点在SAR图像中位置坐标,同时避免了特显点高相干性的不利影响.全流程的分布式卫星InSAR信号仿真实验验证了虚拟特显点InSAR性能评估方法的有效性,绝对、相对干涉相位估计精度及绝对、相对测高精度等主要InSAR性能指标的计算精度更高.     

一种InSAR大气相位建模与估计方法

为了削弱大气延迟对干涉结果的影响以提高InSAR的测量能力,本文在InSAR大气相位特征分析的基础上,研究了一种新的InSAR大气相位建模与估计方法.首先采用稳健估计确定大气垂直分层部分的模型参数,然后利用基于Matern模型的Kriging插值估计大气紊流部分,最后应用估计的大气垂直分层和紊流资料改正InSAR测量结果.利用覆盖河南义马地区的ASAR数据对本文提出的方法进行了验证,结果表明去除大气影响后,InSAR重建的DEM与参考DEM的高程差异的均方误差由19.5 m降至5.3 m,精度提高了约72%.同时,改正后的干涉图更合理地揭示了义马矿区的沉降漏斗情况,进一步验证了本文方法的有效性.     

星载InSAR技术在西藏崩错地区构造地貌研究中的应用

利用ERS-1/2雷达卫星数据,通过合成孔径雷达干涉测量技术,提取了西藏崩错地区的数字高程模型(DEM),得到的ERS-1/2DEM在反映微地貌特征时明显优于中国1/25万DEM和2004年美国公布的90m分辨率的SRTMDEM。基于ERS-1/2DEM对崩错断层带进行地貌分析发现:在崩错断层带和蓬错断层带的交接部位地貌特征复杂,一类似于蓬错断层带的构造地貌穿过了崩错断层带上达孜-打沙断层,在这一位置达孜-打沙断层切过冲沟,表明达孜-打沙断层的这个段落在近期内活动过,同时被达孜-打沙断层切穿的冲沟切断了那卡-纳堆多断层,说明那卡-纳堆多断层比达孜-打沙断层形成时间要早     

大地水准面高对InSAR大范围地壳形变监测的影响分析

由于InSAR数据处理所用的WGS84参考椭球系统与通用的DEM高程系统(EGM96大地水准参考面)不一致,在InSAR形变监测分析中会引入大地水准面高导致的误差.本文利用覆盖青藏高原北部阿尔金断裂带西段的27景Envisat ASAR宽幅模式数据和44景条带模式数据,研究了大地水准面高与InSAR大范围形变测量不确定性的关系:(1)模拟分析表明对于100 m的垂直基线,8.8 m的DEM测量误差,若研究区域存在20 m的大地水准面高的变化,对宽幅或条带模式InSAR形变测量造成的影响将由3 mm增至10 mm左右;(2)实例验证表明对于不同的研究区域,大地水准面高与该地区地形变化存在较大相关性,对于同一研究区域,垂直基线的大小决定了大地水准面高对InSAR不确定性的影响程度;(3)对于大地水准面高有较大梯度变化的研究区域,组合短基线方法与去除轨道平面的方法难以消除大地水准面高的影响.使用基于WGS84高程系统的DEM,可以为InSAR形变测量分析提供统一的高程基准,有效避免大地水准面高误差的影响.