基于InSAR形变的辽河油田曙光采油厂储层参数反演

对油田储层参数及开采量进行反演,可以及时掌握油田的储层状态及开采量变化,有效监控储层的健康和安全。目前国内对于油田储层参数反演的研究较少。以辽河油田最大的采油厂——曙光采油厂为研究对象,采用2007年1月—2010年9月的21景L波段ALOS/PALSAR数据,使用StaMPS (stanford method for persistent scatterers)技术提取该区域的形变结果,并以此为观测量,分别使用Mogi模型和椭球模型对储层参数进行反演和分析,并与经典的Okada模型的反演结果进行对比。结果表明:①曙光采油厂沉降显著,监测周期内最大沉降速率高达-189. 6 mm/a,最大累积沉降量约为750 mm,沉降面积约为28 km~2;②与Okada模型和Mogi模型相比,椭球模型反演的储层深度精度最高,且模拟的形变结果与观测形变结果最吻合,说明椭球模型的反演结果更可靠,更适用于该油田储层参数的反演。本研究可为InSAR油田沉降监测及储层参数反演提供科学参考。     

SBAS-InSAR方法支持下的矿区地表沉降监测及参数反演

煤矿开采极易诱发各类地质灾害,从而对矿区人民的生命财产安全带来严重影响。因此,对矿区地表进行形变监测及对其开采面参数进行反演获得形变规律,可有效防止矿区地质灾害的发生。本文选取山西省的店坪煤矿和汾源煤业作为研究区域,基于Sentinel-1A卫星影像数据,使用小基线集（SBAS）方法提取研究区的形变结果。使用Okada模型对5-101工作面参数进行反演和分析,并将反演结果与采工图实测数据进行对比验证。结果表明：①煤矿开采引起的地表形变程度与煤矿开采长度成正比;②急倾斜厚煤层开采引发的地表形变程度要比近水平薄煤层引起的地表形变程度大,更容易造成地表塌陷;③Okada模型反演较短近水平薄煤层的开采参数精度较高,说明该模型适用于此类型煤矿开采参数的反演。     

航天飞机极化干涉雷达数据反演地表植被参数

利用基于极化干涉测量的基本原理和相干散射模型。提出了基于模拟加温-退火算法的极化干涉雷达数据地表植被参数的反演算法，首先，对极化干涉测量的基本原理和一个考虑了地表和植被散射的二层相干散射模型进行了阐述。接着，对模拟退火算法的基本理论和基于模拟加温-退火算法的地表植被参数反演模型进行了论述，最后，利用和田地区1994年10月9日和10日的航天飞机SIR-CL波段单视散射短阵复数据进行了地表植被参数反演的计算，将反演结果与实测数据比较，表明该反演算法能以较好的精度获取地表植被的高度。     

地温敏感波段的遥感图像反演算法研究

针对应用于地表温度反演的航天遥感数据波段选择问题,文章提出了利用波长范围为8~10.5μm的热红外遥感数据反演地表温度的单通道反演算法:从温度敏感性的角度证明了利用波长范围为8~10.5μm的遥感数据反演地表温度的合理性;在此基础上,将仪器光谱响应率引入到基于大气校正原理的单通道反演算法中,提高了地表温度的反演精度。最后通过实验证明了利用此波段的热红外遥感数据反演地表温度的可行性。     

基于统计方法的TanDEM-X林下地形反演

在森林区域,微波难以穿透森林达到地表,获取真实的地表高程,其获取的数字高程模型(DEM)包含植被信息。本文使用单基线单极化TanDEM-X数据和SRTM DEM,充分利用其统计信息,并以菲律宾试验区为例,成功将植被信号移除,得到林下地形。试验结果表明：林下地形反演精度从7.74 m提高到4.77 m,精度提高了38.3%,能够为平坦地区大面积林下地形反演提供技术支持。     

基于偏差原则和正则化方法反演晴空地表BRDF和反照率

提出一种反演晴空地表反照率快速稳健的新算法——混合算法。该方法首先利用双参数模型函数确定正则参数的初始值,然后由基于Morozov偏差原则的高阶收敛算法确定正则参数,继而通过Tikhonov正则化手段来反演BRDF模型。从POLDER-3/PARASOL BRDF数据库中任意挑选不同覆盖的地表像元测量数据,与MODIS全反演法结果作比较,对比较结果给予了讨论;最后选择天津市地区的卫星图像进行反演实验,并就反演结果给出了误差分析和算法模型的评价。     

引入PD极化相干最优的三阶段植被高度反演算法

经典三阶段植被高度反演算法中地表相位和植被冠层相位估计不准确直接影响反演精度,特别是在植被稀疏区域,植被反演效果较差甚至出现反演失败现象。针对这一问题,本文将PD极化干涉相干优化方法引入三阶段植被高度反演中,提出了一种改进的植被高度反演算法。该方法利用PD极化干涉相干优化方法能最大限度分离相位中心的特性能够获得更准确的地表相位和植被冠层相位,从而提高植被高度反演的精度和稳定性。最后,利用ESA BioSAR项目数据进行试验,结果表明该算法相比经典三阶段算法稳定性更高,反演的地表相位、植被冠层相位和植被高度结果更加可靠。     

位错模型的矿区地表沉降监测

为获取连续的矿区地表沉降变形场,揭示沉陷规律,及时预计沉降范围与大小,保障生产,该文提出了以精密水准测量数据为约束的加权位错监测及预计模型。视开采工作面为简化位错几何模型,顾及工作面近远场观测数据的不同,根据计算模型值与水准测量实测值的残差确定不同的权比,利用最小二乘线性算法反演垂直方向上的张裂参数。由张裂参数正演获取连续的地表形变场。并以多期观测反演所得的一维张裂参数的变化序列拟合预计模型,预测地表未来形变场。研究表明,提出的加权位错预计模型能更好地监测并预计矿区开采后的地表沉降变化,为采矿安全生产提供了依据。     

D-InSAR与最优化算法的采空区几何参数反演

针对采矿后遗留的采空区会诱发严重的地质灾害问题,该文提出一种采空区几何参数的反演算法,旨在及时探明采空区的分布特征与几何形状,进而有效控制灾害的发生.该文通过合成孔径雷达差分干涉(D-InSAR)技术获取采空区上方的地表连续沉降场,通过概率积分模型建立采空区几何特征与地表沉降场之间的相互关系,引入BFGS最优化算法对采空区的几何参数进行反演.仿真实验结果表明:在加入5 mm随机误差的情况下,BFGS算法能够有效反演出全部参数,且反演精度略高于遗传算法(SA)和模拟退火(GA)算法;同时,在不同的初值条件下,BFGS算法反演结果的数值稳定性与反演精度仍明显优于其他两种算法.工程应用中,反演结果显示SA与GA算法的相对误差平均值都超过了 10％,而BFGS算法的相对误差平均值只有4.73％,进一步验证了 BFGS算法的可靠性.     

集合卡尔曼滤波方法的高时空分辨率山区地表反照率反演EI北大核心CSCD

高分辨率地表反照率遥感产品以其空间分辨率高的优点,目前正成为区域能量平衡和气候变化研究的重要数据源。现行的高分辨率地表反照率遥感反演算法及数据产品均假设地表平坦且均一,缺乏对地表异质性和地形复杂性的考虑,将适用于平坦地表的反演算法应用于山区将存在一定的误差。改进的直接算法将直接反演算法与山地辐射传输模型结合,为反演山区高分辨率地表反照率提供了可能,可以反演山区地表反照率产品。但该算法受到下垫面积雪、云污染等影响,反演的影像时域不连续,且存在着较多的缺失值,无法构建时空连续的地表反照率产品来支撑山区地表能量平衡相关研究。针对这一问题,本文以高分四号(GF-4)卫星数据为例,首先基于改进的直接反演算法反演山区高分辨率地表反照率,结合MODIS BRDF/Albedo产品构建先验知识背景场,采用集合卡尔曼滤波方法对反演的山区地表反照率进行时空填补,构建了时空连续的地表反照率反演方法,并生产了2016年—2017年的山区地表反照率产品。研究结果表明,反演的时空连续高分辨率地表反照率产品与地面站点观测数据的一致性较好。不同坡度地面站点的验证结果显示,反演的时空连续地表反照率产品在湿地、农田等平坦地表下RMSE小于0.01,坡度较大的站点下RMSE为0.0163。本文描述的山区地表反照率时空填补技术也可以应用到其他定量遥感产品,为这些产品在山区地表下的填补技术提供有效参考。     

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。     

非线性反演算法的综合评价对比

结合蒙特卡罗方法的精度评定特点,提出了一种将偏差和中误差作为评价指标的综合评价公式.利用所提出的综合评价公式评价神经网络算法(neural network algorithm,NNA)、基因遗传算法(genetic algo-rithm,GA)和模拟退火算法(simulated annealing,SA)在火山复式位错...     

融合三次样条插值的D-InSAR沉陷变形监测技术

传统煤矿开采沉陷形变监测只能获得离散监测点的地表形变量,无法获取沉陷区整体的形变趋势,而D-InSAR技术能够获取整体地表形变信息,但D-InSAR技术需要大量遥感影像数据,否则导致时间失相干性而无法获得连续的形变量。本文针对D-InSAR影像数据解译过程中影像数据较少的问题,首先利用D-InSAR技术对淮北矿业集团袁店二矿7225、7226工作面进行了监测分析,获取了几个时间段内整体的下沉形变场;然后提出了采用三次样条插值与D-InSAR技术相结合的开采沉陷监测方法,基于D-InSAR影像上监测点监测值,利用三次样条插值建立了内插反演函数,在已建立函数的基础上得出了其他雷达卫星重访周期内的下沉值;最后将内插反演下沉值与实测水准数据进行了对比分析。结果表明：D-InSAR监测结果能够有效地反映开采沉陷的影响范围,能够较为准确地提取区域地表的形变信息;结合三次样条插值的D-InSAR技术监测结果最大误差和最大相对误差分别为31.5mm和17%,该方法能有效地解决D-InSAR影像数据缺少的问题。     

时序双极化SAR开采沉陷区土壤水分估计

开采沉陷地质灾害诱发矿区生态环境恶化的关键因子是土壤水分变化。研究提出了一种利用Sentinel-1A双极化SAR和OLI地表反射率数据联合反演土壤含水量的方法,即基于归一化水体指数(NDWI)反演植被含水量;采用Water-Cloud Model(WCM)模型消除植被对Sentinel-1A后向散射系数产生的影响,将其转化为裸土区的后向散射系数;利用基于AIEM模型和Oh模型建立的经验模型反演研究区地表参数,并用OLI光学反演结果进行验证;最后比较了开采沉陷区内外土壤水分含量。研究表明:(1)与基于OLI的土壤水分监测指数(SMMI)的土壤水分含量反演结果相比,两种极化方式中VH极化反演的水分结果具有更好的一致性,且两种极化方式反演结果也表明荒漠化草原区比黄土丘陵沟壑区反演效果更好,说明地形对后向散射的影响不可忽略。(2)在2016年内72期数据中,VH极化反演结果对比区土壤水分含量大于沉陷区的有41期,所占比例为57%;VV极化反演结果对比区土壤水分含量大于沉陷区的有36期,所占比例为50%,且不同矿区内的沉陷区受到的影响不同。说明开采沉陷造成的地表粗糙度的增加会对地表土壤水分产生负面影响,但不同矿区之间又有差异。     

CatBoost模型在水深反演中的应用

在多光谱遥感水深反演研究中,由于影响反演精度的因素较多,传统的水深反演模型具有一定局限性。机器学习算法在解决非线性高复杂问题上较有优势,将其应用在某些特定区域水深反演可提高反演精度。本文利用Sentinel-2多光谱遥感影像和LiDAR测深数据,以瓦胡岛为研究区域,构建CatBoost水深反演模型,与传统水深反演模型及Boosting中的XGBoost和LightGBM模型的反演精度进行比较。试验结果表明,经过参数优化后的CatBoost水深反演模型的决定系数、均方根误差、平均绝对误差和平均相对误差分别为96.19%、1.09 m、0.77 m和9.61%,准确性最高,效果更佳。     

粒子群算法在概率积分法沉陷预计模型参数反演中的应用

针对开采沉陷预计模型参数反演所存在的算法复杂、计算量大等缺陷,将粒子群算法引入到概率积分法开采沉陷预计模型参数反演中。研究粒子群算法反演概率积分法预计模型参数的基本原理、编码方法及适应度函数的构造方法,同时结合河北省某煤矿的实测数据,以下沉拟合值与实测值的中误差作为反演精度的评价标准对算法进行实例验证,对提高开采沉陷预计的精度有一定的参考实用价值。     

机载WIDAS地表观测的BRDF原型反演算法验证

地表反照率表征地面对太阳辐射的反射能力,在地表能量平衡中起着重要的作用。2008年黑河的WATER实验中,针对机载红外广角双模式成像仪(WIDAS)观测角度小的特点,发展了一种基于MODIS二向性反射分布函数(BRDF)原型估算WIDAS反照率的算法。然而,在2012年黑河HiWATER实验中,WIDAS的观测角度范围由早期30°观测天顶角升级为最大观测天顶角52°,这一改造对数据预处理(辐射定标、大气校正和多角度配准)产生影响,使WIDAS数据出现明显的噪声,为WIDAS地表反照率的反演带来新挑战。针对新问题,采用新的地表观测数据,进一步验证了BRDF原型算法反演机载WIDAS反照率的能力。为了获取准实时BRDF先验知识,基于核驱动模型和各向异性平整指数(AFX)首先准实时提取了实验区5种MODIS的BRDF原型;然后,将其作为先验知识应用到黑河WIDAS机载数据的反照率反演中;最后,利用实验区的反照率实测数据进行算法验证。本研究比较了3个算法处理该问题的能力:(1)基于BRDF原型作为先验知识的算法;(2)完全基于核驱动的全反演算法;(3)基于朗伯假设的方法,通过算法对比分析,可更好地分析验证算法(1)的性能。结果表明:(1)BRDF原型算法反演精度最高且稳定,尤其是当观测数据位于垂直主平面时,全反演算法由于缺少大角度观测数据的约束,更容易出现异常值;BRDF原型算法的最大绝对误差为0.034,相对于全反演算法和朗伯假设方法精度分别提高了约18%和71%;(2)针对2012年黑河机载WIDAS观测噪声较大的新问题,BRDF原型反演算法表现出了良好的抗噪声性能。通过对WIDAS反照率反演和验证进一步表明,在多角度观测数据信息量不足以进行全反演,且观测受噪声影响较大时,BRDF原型作为先验知识,提供了一种有效解决该问题的手段,对提高反照率反演的精度、增强反演的稳定性有重要作用。     

基于改进人工蜂群算法的概率积分法参数反演

针对传统算法在反演概率积分法参数时易发散且难以获得全局最优解的问题,提出利用自适应人工蜂群算法反演概率积分法参数。根据该算法在求解过程中收敛速度快,获得全局最优解的特点,将参数反演问题转化为组合优化问题,建立了自适应人工蜂群算法的概率积分法预计参数反演流程,并将计算结果与实际值进行对比分析。通过理论分析与实验证明,自适应人工蜂群算法反演概率积分法参数精度高,较最小二乘法和模矢法拟合效果好,可应用于矿山开采沉陷预计。