城市场景时序InSAR形变解译:问题分析与研究进展

时序InSAR(interferometric synthetic aperture radar)技术可以提供周期性形变监测,已经广泛应用于地表沉降和基础设施形变监测等工作,为城市安全和可持续发展提供重要保障。然而,由于城市场景的复杂性,InSAR精细监测以及形变信号解译仍然是一个难题和挑战。从时序InSAR相干点与地物目标映射关系不确定性为切入点,剖析了这种不确定性带来的形变解译问题,包括：（1）精细形变监测,即形变信号“在哪里”;（2）形变机制和驱动因素认知,即形变信号“是什么”;（3）形变信号对观测事件的反映,即考虑城市场景下的合成孔径雷达信号的复杂散射机制。引入了时序InSAR监测体系下InSAR相干点的描述框架,包括运动学特征、几何参数、语义信息、物理属性,并回顾了InSAR相干点参数提取与形变解译的研究进展。基于InSAR相干点几何参数、语义信息、物理属性的综合形变解译与机制认知将是未来城市场景精细形变监测、识别和安全评估等服务的关键。     

时序InSAR在城市地铁工程区形变监测中的应用

地铁建设会引发城市地表形变灾害,而传统的合成孔径雷达差分干涉测量（D-InSAR）难以实现城市地铁工程区域的精细测量。本文利用TerraSAR-X高分辨率数据,采用PS-InSAR和SBAS-InSAR方法对徐州地铁1号线东部工程场地进行了形变监测,获取了该区域2016年6月15日-2016年9月11日期间的形变时序图。通过与人工角反射器布设点的水准测量数据对比分析,发现利用两种时序InSAR测量方法得到的地表形变结果与水准测量结果非常一致,形变误差均在1 mm以内;而SBAS-InSAR探测地表形变的敏感性低于PS-InSAR。结果表明,利用高分辨率SAR影像监测城市地铁形变具有亚毫米级的测量精度和米级的定位能力,同时证明了时序InSAR分析技术在城市地铁工程形变监测应用中的广阔前景。     

时序InSAR水库大坝形变监测应用研究

合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）作为近年来迅速发展的空间大地测量新技术,具有监测精度高、范围大、空间覆盖连续等优点,是解决水利工程形变监测时空连续性问题的有力手段。针对时序InSAR水库大坝形变监测应用中存在的问题,结合环境特殊性和复杂性,研究适合实际需求的时序InSAR分析方法。广南水库的应用实践表明,时序InSAR方法可探测到坝体表面高质量的散射体目标并提取较高精度的形变序列,验证了其对水库大坝、防潮堤等水工建筑物进行形变监测的有效性。时序InSAR形变监测方法在水库安全状况普查及形变历史回溯中具有巨大的应用潜力。     

表碛型冰川的时序InSAR识别方法与形变监测研究

为了对表碛覆盖型冰川边界进行识别并掌握其变化,以伦道夫(RGI6.0)冰川编目为基础,基于Sentinel-1数据运用时序InSAR技术对昆仑山东段表碛覆盖型冰川进行了形变监测。根据2014年10月至2020年9月表碛覆盖下冰川的时序形变情况,将InSAR形变与光学影像相结合验证冰川边界。结果表明:对昆仑山东段研究区域内280条冰川边界的研究中,探测到3处表碛覆盖型冰川,对边界进行调整后冰川面积分别增加0.19、0.1、0.18 km~2。根据时序形变,发现冰川表碛形变呈现明显的季节周期性,形变与温度、坡向显著相关。另外,表碛覆盖型冰川的变形幅度在(-5,5)cm范围内,暖季变形幅度最大,且地形对突变幅度造成影响。这表明时序InSAR技术可对表碛覆盖型冰川进行形变监测与识别研究。     

基于时序InSAR的东营地区地表沉降研究

黄河携带大量泥沙入海,河口三角洲覆盖20~50m厚的沉积层。沉积层的自然压实导致该地区的地表沉降。此外,黄河三角洲油气资源的开发和地下水的开采也加速地表的下陷。InSAR作为一种有效的空间大地测量工具,可以提供几十公里范围内的高精度地表形变场。时序InSAR技术在多幅雷达影像组成的干涉网络基础上,识别永久散射体(PS)等雷达回波信噪比高的像素。与传统的InSAR技术相比,时序InSAR技术削弱雷达影像去相干效应的影响,实现长期的形变序列提取。文中利用两组雷达影像:19幅ERS卫星1992年12月至1996年1月的SAR影像,17幅ENVISAT卫星2003年5月至2008年3月的SAR影像。影像主要覆盖山东省东营市及其周边部分区域。结果显示,东营地区存在每年15mm以上的地表沉陷,该地区的地表沉降与油气开采活动有关。     

基于时序InSAR技术监测大桥历史形变

2019-06-14,河源市源城区东江大桥第三跨第二桥墩以及第四跨第三桥墩出现了垮塌,此次事故造成了人员伤亡和重大经济损失.为了分析此次灾害事故发生发展的成因,本研究获取了Sentinel-1A雷达卫星2018年12月至2019年6月的历史影像数据,基于时序InSAR技术手段处理得到了该监测时间段内的历史形变信息.研究...     

PS InSAR技术在地表形变监测中的应用研究

利用InSAR技术监测地表形变,是目前国际上遥感领域发展较前沿的研究课题,而PSInSAR技术是InSAR技术的改进和提高。分析了制约InSAR技术监测地表形变的因素,介绍了PSInSAR的基本原理和数据处理的关键技术,结合国内外PSInSAR的应用现状展望了发展前景。     

利用时序InSAR进行毕节市潜在滑坡识别与形变监测

贵州省是全国地质灾害多发、频发最为严重的省份之一,还具有很强的隐蔽性、突发性和不可预见性。为加强贵州纳雍、黔西两县级区域内潜在滑坡的监测与评估,本文利用2017年3月—2020年7月Sentinel-1 SAR数据基于SBAS-InSAR技术获取了纳雍、黔西两县级区域内的时序形变结果。结果表明,在研究区域内共发现60处疑似滑坡点,在监测时段内,滑坡最大累积形变量达23 cm。最终通过区域内的滑坡点进行实际踏勘,表明本文方法可为贵州省地质灾害防治和管理等工作提供参考。     

利用时序InSAR技术监测嵩明县地表形变

城市化是近代人类环境的大趋势,是每个国家现代化程度的体现,但城市发展快也会引发许多问题,其中较为严重的是地表形变,严重的地表形变容易演变成地质灾害。本文基于嵩明县现状,利用44景Sentinel-1A卫星影像通过SBAS-InSAR技术穿透云雨雾等恶劣天气对其进行地表形变监测,获得了该区域2019年1月至2020年8月期间的形变监测结果,并通过点线面式的分析方法分析其形变成因和规律,为嵩明县的城市化进程提供了参考意见。     

南宁市地表形变InSAR监测及时空分析

基于Sentinel1-A数据,首先利用SBAS-InSAR(sat-ellite-based augmentation system-interferometric synthetic aperture radar)技术对南宁市区2017年12月至2019年1月的地表形变进行计算,获得研究区的地表形变速率图和累积形变量;其次,从Sentinel1-A卫星影像数据中选择6景影像进行差分干涉处理,提取5个时间段内的形变信息,并叠加分析得到总形变量;最后利用D-InSAR(differential-In-SAR)获得的形变结果对SBAS监测结果进行验证分析.结果表明:2017-2019年,南宁市地表形变极不均匀,其最大沉降速率约为23.52 mm/a,最大抬升速率约为17.77 mm/a;SBAS和D-InSAR所得监测结果总体上具有一致性,但局部存在一定差异.其中,SBAS方法提取的最大形变量约为31.55 mm,D-InSAR提取的最大形变量为39.93 mm.     

多时间基线集时序InSAR形变监测:以平寨水库为例

时间基线对于时序InSAR形变提取有着重要影响。本文针对植被覆盖率与含水量较高、地形起伏较大的山地区域形变信息提取较困难的问题,以贵阳市平寨水库为研究区,获取Sentinel-1A雷达卫星2019年1月至2020年12月的历史影像数据,构建不同时间基线集,对比分析提取的地表形变信息;按照时间基线和最短的原则,选择最适宜研究区形变提取的基线条件,基于SBAS-InSAR技术获得研究区两年的沉降速率情况。结果表明,该研究区域时间基线集为60 d时提取的形变信息最为准确,存在误判和缺漏较其他时间基线集少。同时,结合贵阳市2019—2020年月平均降雨量数据及几何水准监测数据,分析了坝体形变时序变化与降雨量的关系,得出降雨量与坝体形变存在较强相关性,且基于SBAS-InSAR技术提取的形变信息与水准监测结果具有趋同性的结论。     

矿区地表形变InSAR监测——以永城市为例

针对矿区地表形变同时存在地面塌陷及地面沉降的情况,结合InSAR监测本身的特点,本文以永城市为例,选用2014年10月至2015年4月7景Radarsat-2 SAR图像,提出利用D-InSAR联合SBAS技术开展矿区地表形变监测,即利用D-InSAR监测矿区地面塌陷状况,SBAS监测矿区地面沉降状况。通过实地调查并结合永城市矿业开采、地质构造、地下水以及城市建设等资料认为,矿业活动不仅给开采面附近造成严重的地面塌陷,还造成了区域性的地面沉降现象。监测结果表明:联合利用D-InSAR和SBAS两种技术适合在矿区开展地表形变监测。     

宝日希勒露天矿边坡滑前形变特征的时序InSAR分析

近年来,随着开采深度和边坡高度的不断增加,内蒙古宝日希勒露天矿区边坡稳定性问题日益突出,对矿区周围的工矿设备和工作人员的生命安全构成了威胁.2020年4月30日,该矿区工作帮发生体积约130万m3的大型滑坡,为研究此次边坡滑前的形变特征,本文采用39景Sentinel-1A卫星IW模式序列影像,以时序合成孔径雷达干涉(...     

黄土台塬滑坡变形的时序InSAR监测分析

黄土台塬由于经常性的农业灌溉容易造成边缘区域滑坡发育。因此,需要利用有效手段对这些潜在的滑坡隐患进行早期识别与监测。利用时间序列合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）技术对2016-01至2018-08期间获取的升降轨Sentinel-1数据集进行分析,获取了甘肃永靖黑方台典型台塬地区的滑坡隐患分布情况。将InSAR结果与GPS观测资料进行对比,验证了时序InSAR处理方法的有效性。对该地区滑坡的历史变形分析表明,持续的农业灌溉引起的地下水位抬升是台塬边缘坡体失稳的主要诱因。同时,InSAR时序分析发现,研究区域内的跨黄河大桥受季节更替和温度波动的影响,存在周期性变形现象。实验结果证明了时序InSAR方法在地表变形监测中的有效性,可在黄土滑坡识别与监测防治中发挥重要作用。     

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。     

时序InSAR 技术对大连主城区沉降分析

针对大连市海水入侵加剧地表变形等问题,文中通过时序InSAR技术对大连市主城区2018年11月8日—2020年10月28日的30景Sentinel-1A影像进行地表沉降分析,最终得到大连市两年内的平均沉降速率和时序形变量。同时将PS-InSAR技术和SBAS-InSAR技术获得的两种形变监测结果进行交叉验证,根据时序监测的沉降信息和沉降发育特征分析大连市主城区近两年地面沉降的主要原因。利用时序InSAR技术的优势在于能在大范围地表变形监测过程中克服一定程度的时间、空间以及大气等因素对监测结果的影响。结果表明,该地区沉降和地下水入侵及人类工程建设有关,且两种技术所获得的变形结果基本一致,证明两种方法在该地区监测的可靠性。     

珠江三角洲地区InSAR时序形变监测与分析

利用InSAR技术对珠江三角洲地区的地表沉降进行监测。针对一种基于小基线集InSAR(small-baseline subset, SBAS-InSAR)技术和永久散射体InSAR(persistent scattererInSAR,PS-InSAR)技术的改进时序InSAR监测技术对覆盖重点沉降区域的Sentinel-1卫星SAR影像数据集进行处理,得到了重点沉降区域的长时序(2018年1月至2019年5月)精细地表沉降监测结果。通过实地调研和信息采集,结合沉降区实际地质条件,对时序InSAR监测结果进行分析总结,为珠江三角洲地区经济发展和地面沉降监测提供重要的技术保障和支持。     

船载双天线InSAR边坡形变监测

差分干涉测量技术(D-InSAR)是一种利用不同时相SAR数据获取形变信息的遥感技术,目前已经被广泛应用于大范围的地表形变监测。各种InSAR传感器搭载平台被应用于不同的空间尺度研究,包括星载、机载、车载和地基InSAR等,小范围江河边坡监测在可以进行对岸观测条件下,目前主要使用固定式地基InSAR监测,但是地基InSAR布设周期较长、成本较高,本文提出一种移动式船载InSAR形变监测技术,并根据船载InSAR成像几何设计一种船载双天线InSAR形变监测模型,该模型使得近距离观测船载InSAR系统在未达到H■h和R■h的条件下同样满足■的假设。本文选择云南省澜沧江流域进行试验,并利用角反射器(triangle corner reflector, TCR)模拟形变和评估形变结果的精度。试验结果表明,利用本文提出的船载InSAR技术能够获得2 cm内的视线方向(line of sight, LOS)形变误差。船载InSAR技术适用于江河流域的边坡形变监测,对水利设施的灾害监测和预警具有重要意义。     

城市地表形变的双极化Sentinel-1数据极化时序InSAR技术监测

利用双极化Sentinel-1数据有望得到较单极化数据更好的城市地表形变监测结果。以典型受地表沉降灾害影响的两座超大城市（墨西哥的墨西哥城和中国北京市）为研究区,分别基于长时序单、双极化Sentinel-1数据,利用时序合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar, InSAR）技术和极化时序InSAR技术对两城市近年地表形变进行监测研究。结果表明,利用双极化Sentinel-1数据对干涉图进行极化优化后,干涉图相位质量得到提升,高质量像元比例明显增加。使用双极化数据后,形变监测点密度有显著提升,相比于单极化数据结果,墨西哥城和北京市监测点密度分别提升88%和50%;更高的监测点密度使部分区域双极化数据反演地表形变的准确性更高。与单极化Sentinel-1数据相比,利用双极化Sentinel-1数据进行城市地表形变监测可得到监测点密度更高、可靠性更好的结果。     

基于SBAS-InSAR的地表非线性形变时序监测

针对具有小区域特征的地表非线性形变对于合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术从监测点密度和监测精度都提出了更高的要求这一现状。该文基于SBAS-InSAR的技术原理,提出了一种基于高效率、低成本的地表非线性形变时序监测方法,并以柴达木盆地一处油田为研究对象,获取了研究区2007年初到2010年中期的形变结果,表明4处采油点中1处下降、3处隆升,隆升主要由注水引起。研究证明:SBAS-InSAR技术在地表非线性形变时序监测方面具有较强能力,提取的形变成果可为生产单位和政府部门分析决策提供科学依据。