PSInSAR技术在地面沉降监测中的应用研究

永久散射体合成孔径雷达测量技术(PSInSAR)具有全天候、大范围、高精度监测地表形变的优点,是形变灾害监测领域一种新的经济的空间对地观测新技术。本文介绍了PSInSAR技术,并使用我国某地区的卫星SAR影像数据,运用PSInSAR技术完成了地面沉降监测的相关处理流程,并将结果与常规水准测量的结果进行了对比,证实了PSInSAR技术用于大范围地面沉降监测的有效性。     

天津地区Sentinel-1A雷达影像PSInSAR地面沉降监测

利用2015-05—2016-02获取的天津地区23景哨兵-1A(Sentinel-1A)卫星IW模式影像,进行基于地面散射特性保持稳定的高相干点永久散射体干涉测量处理(PSIn SAR),获取了地面沉降速率,分析了重点沉降区域时序形变特征和成因。实验结果表明,天津地区沉降严重区域主要集中在北辰区和大寺镇,结合北辰区沉降速率图和第2、3承压含水组水位降落漏斗等值线图,分析发现地面沉降中心和地下水位漏斗大致吻合,呈现整体向东北方向偏移的趋势,得出造成地面沉降的主导因素可能为超量开采地下水的结论。     

基于PSInSAR的成都地区地表沉降空间分布研究

针对成都地区土地规划利用的需要,采用永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术(Permanent Scatterer InSAR,PSInSAR)对成都地区地表沉降空间分布情况进行了实验研究。结果表明,在该研究时段内研究区域最大沉降量达到24 mm,最大抬升量达到18 mm。研究区西北至东南方向地表在研究时段内发生了抬升,东北至西南方向出现了地表沉降现象,并对可能造成地表沉降的主要原因进行了分析。     

基于高分辨率TerraSAR-X影像的PSInSAR地表形变监测

利用2011年10月—2013年7月间获取的37景TerraSAR-X高分辨率条带模式SAR数据,采用干涉测量点目标分析(interferometric point target analysis,IPTA)技术得到常州地区因工厂集中开采地下水所引起的地表沉降信息,即常州市武进地区有多处地表沉降,在2011—2013年间最大沉降速率为31.494 mm/a。通过与Envisat ASAR数据获取的平均沉降速率对比,说明TerraSAR-X数据不仅可以提高永久散射体(permanment scatter,PS)的点密度,而且能更好地描述散射体的细节变化和微量位移情况,体现出TerraSAR-X数据监测地表形变的优势。沈海高速公路常州沿线地面沉降的监测结果表明:TerraSAR-X数据在人工线状地物形变监测中具有广阔的应用前景;IPTA监测结果与水准测量结果具有较好的一致性,表明将IPTA技术应用于城市地表形变监测的正确性。     

利用永久散射体雷达干涉技术进行太原市地面沉降监测

城市地面沉降问题日益突出,传统的水准等地面沉降监测手段成本高、效率低,在地面沉降监测技术创新上,最近发展的永久散射体雷达干涉技术（PSInSAR）具有低成本、大面积和高精度的优势。本文利用2003.08~2010.09年间的39景覆盖太原市的Envisat ASAR影像,基于斯坦福大学Andy Hooper开发的StaMPS PSInSAR方法获得该时期太原市的地面沉降速率图。研究结果表明：1）该时期内太原市存在下元、吴家堡、小店、孙家寨和刘家堡5个较为明显的沉降中心;2）老沉降中心万柏林、下元、吴家堡沉降速率趋缓,北部西张部分地区还出现反弹现象。3）原有沉降中心沉降速率的变化说明,太原市采取的“关井压采”及“引黄入晋”等措施对地面沉降的控制取得初步成效。     

郑州市地面沉降InSAR监测

针对地面沉降长期作用将会对城市建筑物、防洪排汛系统、地下线性管道,以及地铁、铁路等线性城市基础设施造成破坏,直接威胁人民生活及工业生产安全的问题,该文联合永久散射体雷达干涉测量和短基线雷达干涉测量技术,基于郑州市2012年至2013年的15景TerraSAR-X影像,提取了郑州市地面沉降场,并分析了郑州市地面沉降的原因及时空变化特征。研究区发现了4个沉降较显著的区域,均处于大型地表地下建设以及建筑物密集区,最大沉降量达到-48.66mm。结合研究区地质条件、地表环境以及已有研究成果分析表明,监测出的郑州市沉降区域是合理的。该监测成果同时验证了联合永久散射体干涉测量与短基线干涉测量方法监测城市地面沉降的有效性。     

PSInSAR永久散射体的自动探测

为了有效探测合成孔径雷达差分干涉测量中的永久散射体,综合考虑永久散射体对雷达波的强反射特性和散射的稳定性,本文提出了三重阈值自动探测算法,即时序相关系数、振幅离差和振幅指数三重阈值串行结合的算法.该方法首先考虑回波信号的高信噪比特性,用平均相干系数和振幅两道阈值挑选出永久散射体候选点,然后考虑永久散射体强稳定性,用振幅...     

永久散射体干涉测量技术在首都机场的应用

采用永久散射体干涉测量技术,结合2003—2009年间28幅Enviast卫星的ASAR影像,分两次监测首都机场地面沉降情况。试验结果表明,首都机场及其附近区域存在着地表形变。在监测的时间区间内,T1、T2航站楼有下降趋势,年均形变量约为10 mm;T3航站楼有上升趋势,且呈现出不均匀状态。     

PSI技术在上海地表沉降监测中的应用

应用永久散射体雷达干涉(PSI)技术进行地表沉降监测研究,对PSI建模时采用的各相位分量的空间相关特性和沉降结果精度进行详细分析。试验选取覆盖上海地区的16幅高分辨率TerraSAR-X(TSX)SAR影像为数据源,进行PSI建模、形变提取和精度分析,并使用地面水准数据进行对比验证。结果表明,根据PS各相位分量的空间相关特性进行PS点的识别是合理的。与水准数据对比,两类年沉降速率结果具有很好的一致性,差异均值和标准偏差分别为1.6 mm/a和±4.6 mm/a,最小和最大差异量分别为0.198 7 mm/a和10.132 mm/a,证实了PSI技术在上海地区地表沉降监测的应用是有效和可靠的。     

时间序列InSAR监测地表形变

针对相干点目标的时间序列,提出了地表形变InSAR技术监测方法,该方法适用于小数据集分析。并采用郑州地区2007年1月到2010年4月期间的8景ALOS PALSAR数据进行验证分析。研究表明,识别的相干点目标具有大的干涉相干值和小的振幅离差,在时间序列中具有可靠的相位。从误差分析和与ENVISAT PSInSAR结果对比分析表明,该文求得的形变速率标准差在0.34mm/a和5.56mm/a之间,表明提出方法是可靠的。     

基于PSInSAR技术的常州地表形变监测研究

地面沉降已成为我国主要地质灾害之一,本文利用27景Envisat ASAR数据,采用点目标干涉测量(IPTA)技术,以常州市为实验地区,得到常州地区2007 ～ 2011年间地表形变沉降速率图,结果表明,常州市区存在多处严重沉降,最大沉降速率达-31 mm/a,表明IPTA技术在城市地面沉降监测中有广泛的应用前景.     

Evaluation of polarimetric capabilities of dual polarized Sentinel-1 and TerraSAR-X data to improve the PSInSAR algorithm using amplitude dispersion index optimization

Polarimetric data is an additional source of information in PSI technique to improve its performance in land subsidence estimation. The combination of polarimetric data and radar interferometry can lead to an increase in coherence and the number of PS pixels. In this paper, we evaluated and compared the dual polarized Sentinel-1A (S1A) and TerraSAR-X (TSX) data to improve the PSInSAR algorithm. The improvement of this research is based on minimizing Amplitude Dispersion Index (ADI) by finding the optimum scattering mechanism to increase the number of PSC and PS pixels. The proposed method was tested using a dataset of 40 dual-pol SAR data (VV/VH) acquired by S1A and 20 dual-pol SAR data (HH/VV) acquired by TSX. The results revealed that using the TSX data, the number of PS pixels increased about 3 times in ESPO method than using the conventional channels, e.g., HH, and VV. This increase in S1A data was about 1.7 times in ESPO method. In addition, we investigated the efficiency of the three polarimetric optimization methods i.e. ESPO, BGSM, and Best for the dual polarized S1A and TSX data. Results showed that the PS density increased about 1.9 times in BGSM and about 1.5 times in Best method in TSX data. However, in S1A data, PS density increased about 1.1 times in BGSM. The Best method was not successful in increasing the PS density using the S1A data. Also, the effectiveness of the method was evaluated in urban and non-urban regions. The experimental results showed that the method was successful in significantly increasing the number of final PS pixels in both regions.     

基于高分SAR影像的城市用地变化检测

SAR技术的发展使得该技术在人们生活和生产中发挥着越来越重要的作用,而且高分辨率SAR影像的使用推动了SAR技术在各个方面的研究和应用,其中对城市用地的变化监测效果十分明显。本文采用4景前后时间相差11个月的Terra SAR-X数据,运用对数比值法构造差异影像,最后使用马尔科夫随机场模型提取出城市建筑物用地变化区域。最终得到的结果与人工目视解译结果的重合率达到80%以上,表明该方法行之有效,可以推广生产。     

基于PSInSAR技术的地面沉降监测研究——以北京怀柔区为例

怀柔应急水源地是北京第一个建成的特大型应急备用水源地,经过数年的开采后,应急水源地水位大幅度下降,地下水漏斗面积不断扩大。PSInSAR技术在监测地面沉降方面具有很大的优势,本文利用PSInSAR技术和2003年—2009年间28幅Enviast卫星的ASAR影像监测怀柔应急水源地地区地面沉降情况,试验结果表明该地区平均沉降量为8mm/a。通过该地区地面沉降状况和地下水漏斗发展趋势之间的对比,发现地面沉降范围和地下水漏斗有较大的空间一致性,平面分布趋势整体上由南西—北东向北西—南东转变。     

利用Sentinel-1数据和SBAS-InSAR技术监测西安地表沉降

哨兵一号(Sentinel-1)数据是目前现势性较好的免费SAR数据,且因其6天的重访周期,非常适合In SAR地表形变监测。本文以西安市城区及周边为研究区,开展基于多期Sentinel-1数据和短基线集干涉(SBAS-In SAR)技术的时序地表沉降监测方法的探索,研究形成了详细的数据处理流程,利用已有研究资料佐证了方法的有效性。监测表明:2015—2016年,绝大部分区域地表形变速率位于[-33~30]mm/a区间内,228 d监测期内累积沉降量最大约75 mm,发生在目前西安最大沉降中心鱼化寨;相比20世纪末,沉降强度大幅减弱,沉降严重区域由西安市东郊向南郊转移,且沉降范围减小。     

时间序列SAR影像监测堤坝形变研究

结合时间序列InSAR技术,在无先验形变模型的情况下,研究了中分辨率Envisat ASAR数据在堤坝监测中的应用.首次使用24景Envisat ASAR影像得到了上海市长江口南岸和杭州湾北侧堤坝的沉降速率.实验结果表明,堤坝存在着不均匀沉降,其中位于浦东机场堤坝和临港新城堤坝的沉降最为严重.利用水准数据对临港新城堤坝的监测结果进行了验证,监测精度达到了mm级,证明了时间序列SAR影像在堤坝形变监测上的有效性和应用潜力.     

高分辨率SAR影像在地面沉降监测中的应用

TerraSAR-X具有较高的地面分辨率、短波长以及高时间分辨率,为高精度地面沉降的监测提供了更大的契机。选取2011-12～2013-05的38景TerraSAR-X影像,采用PS-InSAR技术对常州武进区地面沉降状况进行监测,提取更多的PS点,获取了2011～2013年的地表形变速率,沉降细节更加丰富;同时对沉降的原因进行研究和分析,最后利用外部水准数据对其监测结果进行对比和验证,精度较高(达到了4.2 mm/a)。