基于MSBAS InSAR技术的沧州市地表形变监测与分析

针对沧州市城市地表形变监测问题,采用SBAS InSAR技术分别处理Sentinel-1A升轨和Sentinel-1B降轨SAR影像,对比分析升、降轨SAR影像监测的沧州市2020年7月至2021年4月地表形变特征;利用MSBAS InSAR技术联合处理升、降轨SAR影像,将沧州市地表形变进行垂向和东西向的二维形变分解,获取沧州市二维形变信息.结果表明,升、降轨SAR影像监测的地表形变位置和分布基本一致,但由于LOS向模糊问题,单独利用升轨或降轨SAR影像监测到的形变区域有所偏移,且无法分离出地表的东西向形变,影响监测结果的精度,MSBAS InSAR技术可以有效解决这一问题,获取更准确的二维形变信息.     

降雨型与地震型滑坡试验研究

为了研究和探索降雨和地震诱发滑坡灾害的成因机理,对降雨型滑坡和地震型滑坡进行了物理模拟试验,系统地研究了坡度、坡体结构、降雨量、振动强度等因素对斜坡破坏变形的影响规律,探讨了降雨和地震诱发斜坡失稳破坏的主要模式和过程.对于降雨型滑坡,通过实验确定不同坡度滑坡的临界降雨量,发现临界降雨量与滑坡坡度呈幂指数关系.对于地震型...     

利用InSAR技术研究青藏高原冻土形变特征

由于自然环境的限制,青藏高原的大地测量网络十分稀疏,不能满足区域地壳运动监测的需求。干涉合成孔径雷达(InSAR)是非接触监测地壳运动的一种重要方式,但在高原上受到冻土的影响。本文基于2014～2018年的Sentinel-1卫星C波段雷达数据,采用InSAR时序技术分析了冻土形变的时空特征。针对InSAR位移时间序列,采用空间滤波去除了大气延迟、地形效应等局部公共误差,提高了时间序列的信噪比。结果显示,青藏高原的冻土运动可分为差异较大的两类:在大部分冻土区域,与周边高山(基岩)区域相比,冻土地区显示类似的季节波动或一定的长期沉降;在部分冻土地区存在异常快速下沉区域,例如在西藏中部布若错湖西南侧的沉积盆地内,存在一个直径约2 km的漏斗型沉降区, LOS向沉降速率可达约10±2.1 mm/a。构造运动造就了高原上大量沿断裂线分布的河流、湖泊,河床和沉积盆地等广泛分布着冻土,给准确分析构造形变带来很大挑战,本文所得的结果可作为区分冻土运动与构造变形的一种有效判据,也有益于研究高原冻土的物理特性及变形机理。     

基于加卸载响应比理论的降雨型滑坡预警研究

在建立边坡远程实时监测系统并获得变形与降雨量连续监测数据的基础上,运用加卸载响应比理论的基本原理,提出以一用为加卸载周期、将日降雨量及其变化作为边坡的加卸载参数、相应的日平均变形速率及其变化值为加卸载响应参数,建立了基于加卸栽响应比的降雨型滑坡短周期预警模型。以某公路边坡为例,运用加卸载响应比预测模型对边坡的2个监测点进行了加卸载响应比计算,发现2个点的加卸载响应比时序曲线与其稳定性动态演化规律相吻合。研究结果表明,可以运用该模型进行降雨型滑坡短周期预测预警。     

基于InSAR相位梯度叠加的毛尔盖库岸 滑坡隐患快速识别

库岸滑坡失稳会造成严重的危害并带来巨大的经济损失。合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR)已成为滑坡探测领域的重要技术手段。时序InSAR具备识别滑坡隐患的能力,但是面对海量数据,该技术仍然存在数据处理耗时久、识别效率低等问题。因此,提出一种基于InSAR相位梯度叠加的滑坡隐患快速识别方法,该方法采用改进后的Sobel算子对InSAR差分干涉对进行梯度运算,去除各项误差后,采用梯度叠加方式快速识别发生形变的区域。通过该方法在毛尔盖库岸成功快速识别出23处滑坡隐患,识别结果可靠性高,并且具备更优秀的微弱形变探测能力。在识别速度方面,相较于Stacking-InSAR和SBAS-InSAR分别提升1.4和1.9倍,该方法能从海量数据中快速且准确识别滑坡隐患,可以为广域滑坡隐患的快速识别提供借鉴与参考。     

基于Sentinel-1 SAR数据的黑河上游冻土形变时序InSAR监测

多年冻土活动层变化导致冻土区大范围地面变形,严重破坏区域内基础设施和水文地质条件,亟需加强活动层季节冻融过程的观测研究.本文提出一种基于分布式目标的小基线集时序InSAR（DSs-SBAS）的冻土形变监测方法.该方法采用分布式目标提取和特征值分解算法,并结合基于地温-形变约束关系的参考点选取新策略,提高了冻土形变监测结果的时空分辨率和可靠性.以祁连山黑河西支源头的野牛沟为研究区域,通过对27景Sentinel-1 SAR影像进行时序InSAR分析,获取了2014-2016年该区多年冻土的形变时间序列和年均形变速率,并利用Stefan模型联合地温数据估算其季节性形变幅度.实地踏勘和结果分析表明：（1）研究区大部分多年冻土处于稳定状态（-1.0~+1.0 cm·a^-1）,在地形陡峭的南坡边缘及含冰量丰富的野牛沟河上游两侧沟底部分区域存在较大形变;（2）区域内冻土形变时间序列呈现年周期变化,冻土冻融形变存在季节性周期形变和季节性波动下沉两种形变特征,形变幅度和速率最大可达6.0 cm和-3.0 cm·a^-1;（3）不同区域的活动层冻结/融化始日和冻土形变存在明显差异,主要和冻土地貌、土壤类型以及活动层厚度有关.本文提出的方法在青藏高原多年冻土区大范围冻融监测和活动层厚度反演研究方面具有很大的应用潜力.

     

结合星载地基InSAR分析的四川新磨村滑坡早期识别与灾后监测

滑坡是我国主要的地质灾害之一,广域范围滑坡灾害体的早期识别及局部重点区域近实时监测是地质灾害防治工作中的一项重要任务.本文通过四川茂县新磨村滑坡这一典型案例,采用星载InSAR技术对广域范围滑坡进行早期识别,并利用地基InSAR技术对局部重点滑坡近实时监测,探索星载InSAR技术和地基InSAR技术联合监测应用模式.在星载InSAR技术滑坡早期识别阶段,为了准确还原滑坡加速下滑过程,采用分级构网策略加密PS点,在时间域上低通滤波获取非线性形变信息.针对地基InSAR技术传统选点方法误选率高、合理性差等问题,设计了三阈值优化算法,提取分布合理的有效测量点.结果表明:星载InSAR技术成功识别出茂县滑坡不稳定坡体,且在滑坡发生前,不稳定坡体有加速下滑现象;在滑坡发生后,地基InSAR技术获取了滑坡体完整的形变信息,在滑源区和流通区存在两处明显形变区域.星载InSAR技术和地基InSAR技术联合监测在滑坡形变的不同阶段多尺度识别出变形区域,可在滑坡稳定性调查和评价中发挥重要作用.     

利用InSAR技术研究滇西南镇康—永德地区现今地壳形变特征

基于12景ALOS PALSAR卫星影像,利用InSAR的前沿技术,提取了2007~2010年滇西南镇康—永德一带的平均地壳形变速率和形变时间序列,并结合不同时段的水准和GPS监测结果,从三维角度研究了该区域现今的地壳运动特征。研究结果表明,水准资料显示的镇康—永德一带异常隆起区位于南汀河断裂带附近,范围沿北东—南西方向呈近椭圆形展布。这一地壳形变异常区在数十年尺度上表现为隆升(速率约2~3 mm/a),表明区域具备中强地震孕育的地壳形变背景。而在2007~2013的数年尺度上表现为大幅垂向形变波动,可能反映区域近年来地壳垂直运动比较活跃,应加强跟踪与监视。     

InSAR揭示的青藏高原近期正断型地震形变特征与指示意义

正断层在青藏高原的隆升扩展演化中发挥了重要作用.本文使用InSAR技术处理Sentinel-1 SAR影像数据获得了2020至2021年发生在青藏高原内部3次正断型地震的同震形变场.基于Okada弹性位错模型和形变场信息反演了断层几何参数和断层面滑动分布,精确地确定了发震断层位置.研究结果显示高原内部的这些正断型地震均以正断层活动方式为主,但还兼有一定的走滑运动;发震断层主要为倾角<60°的次级隐伏断层,且均为浅源地震,滑动分布主要集中在12 km以上.结合地球物理资料,我们分析认为正断型地震广泛分布在青藏高原中部和南部弥散型地块内,不局限于半地堑构造相关地区,并且正断型地震的发生更依赖于伸展环境中的重力势能.伴随正断层活动的走滑运动也反映了青藏高原内部物质向东运移的运动学和动力学特征.     

基于时序InSAR技术的新磨村滑坡发生前后变形研究

基于时序InSAR技术,并结合现场调查,采用新磨村滑坡发生前30景SAR数据和滑坡发生后36景SAR数据对滑坡及周边区域形变进行监测,结果表明:①新磨村滑坡发生前,坡脚未探测到明显的变形,但滑源区有明显的变形迹象,主要变形发生2016年和2017年,滑源区坡体经历了“缓慢变形-加速-暂时稳定-再加速-滑坡发生”过程;②新磨村滑坡发生后,在坡脚堆积区东南部形成一个不稳定变形体,累积变形量较大,雨季有加快变形趋势,尚未达到稳定状态;③根据新磨村滑坡前、后变形规律,滑坡发生前、后地表变形受降雨影响明显。     

基于InSAR形变数据分析台湾纵谷断层南段现今运动特征

本文利用2007—2010年花东纵谷南段区域的InSAR形变数据作为约束, 采用分段断层模型和层状介质模型, 反演中国台湾东部纵谷断层南段滑动速率空间分布, 并据此分析断层运动特征。 研究结果表明, 纵谷断层南段整体以逆冲运动为主, 兼具左旋走滑运动。 纵谷断层南段的滑动速率具有空间非均匀性, 在空间上可以细分为深浅两个极值区, 浅部(0~15 km)最大滑动速率为10 cm/a, 位于深度2.5 km左右; 深部(15~30 km)最大滑动速率为21 cm/a, 位于深度25 km左右。 反演结果与用重复地震估算的深部滑动速率基本吻合。     

潮汐效应对沿海多条带时序InSAR地表形变监测的影响

潮汐效应对沿海大范围、高精度的合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR)技术地表形变监测的影响不可忽略. 潮汐效应中的固体潮(Solid Earth Tide, SET)位移和海洋潮汐负荷(Ocean Tide Loading, OTL)位移会在时间和空间域上对沿海大范围InSAR地表形变监测产生分米级的误差, 而且不同条带中地表潮汐形变时空差异性会对多条带InSAR影像拼接产生较大误差. 本文针对沿海地区多条带InSAR形变时序, 重点分析了潮汐效应在不同条带InSAR地表沉降监测中的影响, 并采用多种潮汐位移估计方法对多条带地表潮汐形变进行改正. 结果表明, 研究区域不同条带时序InSAR中地表潮汐形变具有较大的时空差异性, 其造成沿海地区相邻条带时序InSAR地表沉降速率差异能达到1~2 cm·a^-1; 通过固体潮模型、海潮负荷模型或GPS参考站网海潮位移改正, 能够消除不同条带中地表潮汐形变时空差异性对时序InSAR形变结果拼接产生的空间高阶非线性误差, 弥补了传统拼接方法在拟合潮汐位移偏差的不足. 在大气延迟误差改正的基础上, 时序InSAR形变残差的标准差(Standard Deviation, STD)由潮汐改正前的2.3 cm减少至0.75 cm; 本文研究揭示了沿海地表潮汐形变改正对多条带时序InSAR形变结果拼接的重要性, 可大幅提高沿海地区广域时序InSAR地表形变监测的精度.

     

降雨型滑坡时空预报新方法

地质条件和降雨是引起重庆地区山体滑坡的两个最主要条件. 文中在分析降雨型滑坡形成条件的基础上, 提出了将地质条件和降雨因素进行分级叠合的降雨型滑坡时空预报新方法. 首先, 利用多因素相互作用关系矩阵, 对某个地区或者某个边坡所在位置的地质条件进行半定量的评价和分级. 然后, 根据日最大降雨量和降雨过程的总降雨量, 对该地区降雨的严重程度进行分级. 最后将“地质条件影响因子”和“降雨影响因子”进行分级叠合, 得到了“滑坡易滑程度判别因子”, 并据此将滑坡按照其易滑度分为滑坡极易发生、滑坡易发生、滑坡不易发生和滑坡基本不发生4级. 通过对某个地区的一些危险边坡进行地质勘察, 结合比较准确的天气预报, 可以对该地区的降雨型滑坡进行较为准确的时空预测预报. 以鸡扒子滑坡为例, 验证了利用“双因素”分级叠合方法进行降雨型滑坡时空预报的可靠性和可行性.     

基于InSAR技术的喀什-乌恰交汇区地壳垂直形变特征分析

利用喀什-乌恰交汇区2004—2010年间的ENVISAT ASAR数据,采用层叠InSAR技术获得了喀什-乌恰交汇区地壳垂直形变速度场,并结合研究区GPS观测数据结果,分析了喀什-乌恰交汇区地壳形变特征。结果显示,喀什-乌恰交汇区地壳垂直形变速率约为?1—2mm/a,其中,乌恰南边的山区形变量最大,形变速率达到2mm/a,是整个研究区中隆升最明显的区域;而喀什、阿图什一带形变量比较小,基本在0—1mm/a。卡兹克阿尔特和阿图什南翼断裂为乌恰以南的隆升区域到喀什、阿图什垂直形变平稳区域的梯度带,这个区域吸收了1—2mm/a的垂直形变能量和7—9mm/a的水平形变能量,是喀什-乌恰交汇区中主要的地壳形变能量消耗地带。     

基于GIS的当雄同震InSAR形变场分析

InSAR技术对同震形变的量测达到了厘米级的精度,但在数据后处理和结果分析方面仍然存在明显的不足。采用可对空间信息进行存储、管理及分析等功能的GIS,对InSAR数据获取的2008年10月6日16时30分西藏自治区当雄县MW6.3地震的同震形变场进行分析。结果表明:(1)GIS可对多源数据进行有效管理;(2)可以确定当雄地震的震中位置;(3)可获取沉降区的最大形变量;(4)可确定主要的形变区间;(5)可将形变结果进行三维展示。GIS可有效地弥补InSAR数据后处理、数据分析及成果展示方面的不足。     

利用InSAR短基线技术估计洛杉矶地区的地表时序形变和含水层参数

美国南加州洛杉矶地区是自然和人为活动引起的地质构造活跃、石油及地下水抽取和回灌频繁的区域.本文利用19景ENVISAT ASAR降轨影像生成了71幅垂直基线小于300 m、时间间隔小于3年的解缠差分干涉图,并基于短基线集技术(SBAS),GPS和地下水水位数据估计了该区域2003年9月~2009年8月的地表时序形变及含水层贮水系数等物理参数.研究结果表明:(1)在InSAR干涉图中可以清楚的识别多处沉降明显的区域.例如,主要由于含水层地下水的抽取与回灌引起地表沉降的Pasadena盆地(~-2.5 cm/a)、San Gabriel流域(~-2 cm/a)、San Bernardino盆地(~-2.5 cm/a)、Pomona-Ontario盆地(~-4 cm/a)和Santa Ana盆地(~-2.5 cm/a),以及由石油抽取引起地面形变的Santa Fe Springs区域(~-1 cm/a)和Wilmington区域(~-1 cm/a)等;(2)InSAR时间序列形变与GPS投影在雷达视线方向上的形变结果具有较高的一致性,平均形变速率差异的均方差为0.39 cm/a;(3)InSAR时间序列形变与含水层地下水位的变化基本一致,并基于相关理论计算出了含水层的弹性贮水系数和非弹性贮水系数,分析了含水层的形变机理.     

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.     

基于方差分量估计的多源InSAR数据自适应融合形变测量

近年来,合成孔径雷达干涉测量（Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR）技术在地面沉降监测方面展现了巨大的应用潜力,但受其重访周期和一维形变测量能力的限制,仅利用单一轨道卫星观测数据很难揭示真实的地表形变特征及其演化规律.随着在轨运行的SAR卫星系统不断增加,使得融合相同时间段内覆盖同一区域的多源多轨道InSAR数据成为可能.然而目前普遍采用的多源InSAR数据融合方法均为针对大尺度形变监测设计,或者忽略南北向形变甚至水平形变,容易造成误判.为此,本文对经典小基线集（Small Baseline Subset,SBAS）时序InSAR分析方法进行改进,在其形变反演模型中加入东西向和南北向形变参数,采用方差分量估计方法解算多源观测数据验后方差,通过迭代精化确定权重矩阵,从而获得形变参数的最优估值.使用美国南加州地区的ALOS PALSAR和ENVISAT ASAR数据开展实验,利用南加州综合GPS网（SCIGN）位于研究区域内的9个站点观测数据进行验证,结果表明本文方法得到的融合形变测量结果在垂直向上能够准确反映地表形变波动,周期性与GPS观测比较一致;同时,融合得到的三维形变场显示南加州洛杉矶地区存在不可忽略的水平形变,东西向形变测量精度略高于南北向.因此,基于方差分量估计的多源InSAR融合方法在提高形变测量时间序列连续性的同时,能够更准确地反演研究区域三维形变特征.

     

中国西部活动断层的InSAR/GPS观测与构造活动研究

由于受印度次大陆与欧亚大陆的碰撞及持续挤压楔入影响,在我国西部地区发育了大量的活动强烈的断层,并形成了多个地震带,各地震带(即活动边界带)平均地震应变释放速率比东部地区高4~5倍,加强对西部地区尤其是青藏高原主要活动断裂带的综合监测,将有助于揭示大陆变形的运动形式及其动力背景,对综合理解和认识其物理环境与破裂过程,提高地震预测水平具有重要意义。