城区地表形变差分TomoSAR监测方法

压缩感知技术(CS)的差分TomoSAR技术解决了中高分辨率SAR数据在城区出现的叠掩问题,实现了城区地表形变信息的重构,但是该方法仅利用了目标的稀疏特性并没有考虑目标的结构特性,对具有这两种特性的目标进行重构时其性能较差。针对这一问题,本文采用联合Khatri-Rao子空间和块压缩感知(KRS-BCS),提出了一种差分SAR层析成像方法。该方法依据目标的结构特性和重构观测矩阵具有的Khatri-Rao积性质,将稀疏结构目标的差分TomoSAR问题转化为Khatri-Rao子空间下的BCS问题,然后对目标进行块稀疏的l1/l2范数最优化求解,最后通过理论分析和仿真试验对分辨能力和重构估计性能进行了定性和定量评价,仿真结果表明本文所采用的KRS-BCS方法不仅保持了高分辨率的优点,而且有效地降低了虚假目标出现的概率,大幅度提高了散射点准确重构概率,切实可行地解决了CS方法的不足。应用实例研究中,利用34景Envisat卫星ASAR时间序列影像对日本千叶县茂原市城区进行地表形变监测,并以一等水准点和实时测量的GPS站点观测数据作为参考形变结果进行验证,试验结果表明采用KRS-BCS方法反演的结果与参考形变结果保持了良好的一致性且形变速率整体偏差也较小,实现了较高精度的城区地表形变估计。     

地表形变监测的改进相干目标法

如何从雷达干涉时间序列影像中获取更全面的相干目标集合,进行变形时间序列分析是当前研究的难点和热点。本文提出了改进的相干目标法,可获取更为全面且可信度高的相干目标集合,进而提高地表形变监测的时空分辨率和精度。根据雷达影像中同类型地物散射分布相近的特点,采用非参数同分布检验算法提取后向散射特性相近的同质点开展空间非局部滤波,提高干涉图的质量。与此同时,利用多尺度的极大似然条纹频率估计算法分离差分干涉图中的系统性相位,并基于同质点进行自适应相干性估计,获取相干性的平稳估计量,从而获取更多的相干点目标。利用20景TerraSAR-X条带模式时间序列影像,分别利用传统的及改进后的相干目标法对香港填海区域地表形变信息进行时序分析。对试验数据的分析结果表明,本文提出的改进方法在具有稀疏植被的填海区可有效增加相干目标点的提取,得到更为可信的沉降结果。     

利用PSInSAR技术监测北京地面沉降

地面沉降已成为大城市面临的重大灾害之一,对其进行有效监测十分必要。采用基于相位稳定性特征的PSInSAR对覆盖北京的31景TerraSAR-X数据进行干涉处理,获取了该研究区的地面沉降范围、沉降速率,并对重点沉降区域时序形变特征及成因进行分析研究。实验结果显示,2010~2013年,研究区内的平均形变速率范围为-51.49~8.15mm/yr,与精密水准测量具有较高的一致性,表明PSInSAR监测结果精度可靠,能实现对北京地区的地面沉降情况的有效监测。     

从同震和震后形变分析1668年M8.5级郯城地震对周边地震活动性的影响

以山东郯城1668年大地震为例,以前人地表地质调查结果为约束,利用弹性位错理论初步获取了该地震的同震破裂模型;在此基础上,基于粘弹性分层模型分析了该地震的同震和震后形变,同时以主震断层为接收断层计算了库仑应力分布,进一步讨论了地幔不同粘滞性系数对地表形变和库仑应力变化的影响。计算结果显示,该地震是一个右旋走滑为主兼有一定逆冲性质的地震,其同震位移巨大,能量释放较彻底;同震破裂造成震中郯城县西北、东北和南部部分断层库仑应力增加,而震后形变使得这些断层库仑应力进一步增加,在单县、宿迁和日照等地,地震后350 a库仑应力变化量达到+1bar-+1MPa量级;地幔粘滞性系数不同,形变量和库仑应力变化达到稳定的时间不同,但最终趋于稳定的数值基本一致。     

闽赣交界武夷山南段“桃溪穹隆”形变特征及构造演化探讨

"桃溪穹隆"由内核、中间层和盖层组成,发育岩石流变,韧性、韧脆性和脆性变形(断裂)。文章以"桃溪穹隆"内核、中间层和盖层为对象,通过研究其形变特征、运动形式及相互关系,探讨穹隆上隆的运动方式,结合沉积事件、岩浆活动和构造运动,阐述穹隆的形成机制和构造演化特征。"桃溪穹隆"于加里东期(志留纪末)隆升,华力西期—印支期(晚二叠世—中三叠世)大规模上隆,燕山期及后期继承性活动,主隆升期(华力西期—印支期)为逆时针旋转上隆。穹隆长期隆升是该区古元古代结晶基底出露的主要原因。     

大气负荷对区域地壳形变和重力变化的影响分析

在高精度大地测量观测数据处理和相关地球物理解释中,大气负荷由于影响较大,需要考虑。利用全球大气模型和区域气象站气压数据,采用移去恢复方法和球谐分析方法,计算了三峡地区大气负荷对地壳形变和重力变化的影响。提供了一种利用局部气压数据改善该区域大气负荷影响变化计算效果的合理算法,提高局部气压数据和全球模型数据利用的合理性和准确性。研究发现,大气负荷对垂直形变的影响在空间分布上中长波占优,在三峡地区的年变化幅度大于20 mm,对地面重力变化影响的年变化幅度一般不超过10 μGal,对水平形变影响较小。     

地震破裂模型约束的中国阿里地震三维形变场

利用环境卫星（Environmental Satellite,Envisat）的升、降轨数据在地震破裂模型约束下获取2007年阿里地震的高质量同震地表三维形变场。首先,对合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）影像进行差分干涉处理,得到地震造成的视线向同震地表形变场;然后,以地震破裂模型为约束条件,采用赫尔默特方差分量估计法来解算阿里地震的高质量地表三维同震形变场。结果表明,震中区域最大下沉达约4.7 cm,东西向位移较小,南北向呈挤压趋势。总体上,三维形变的特征表明阿里地震是一个以正倾滑为主兼少量右旋走滑运动的地震事件。     

基于时间序列InSAR分析的西部山区滑坡灾害隐患早期识别——以四川丹巴为例

滑坡是仅次于地震、发生最频繁、造成损失最严重的一种地质灾害,中国西部山区则是世界上滑坡灾害分布最密集的地区之一。广域范围内滑坡灾害隐患的早期识别是地质灾害防治工作中的一项关键任务,基于星载合成孔径雷达重复轨道观测的时间序列雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）技术在此领域具有巨大的应用潜力,但以永久散射体干涉测量为代表的传统时序InSAR方法在西部山区应用中往往受到植被覆盖等不利因素的影响,滑坡探测识别的可靠性较差。针对这一问题,以大渡河上游丹巴县为例,采用自主研发的相干散射体时序InSAR（coherent scatterer InSAR,CSI）方法,从历史存档的ALOS PALSAR和ENVISAT ASAR数据集中成功识别出了17处持续变形中的不稳定坡体,通过与外部观测数据比对和实地调查核实等手段验证了CSI方法探测结果的有效性和优势,并探讨了影响时序InSAR方法滑坡监测应用效果的主要因素及未来的优先研究方向。     

InSAR技术在多年冻土区形变监测的应用

作为大地测量的一种新兴空间技术,合成孔径雷达干涉（synthetic aperture radar interferometry, InSAR）具有全天时、高精度、大范围和速度快的优点,逐渐被应用于多年冻土区地表形变监测中。通过综述多年冻土形变原理及InSAR监测多年冻土形变的应用实例,研究表明：在气候变暖的背景下,多年冻土区地表年际形变以下沉为主,多年冻土上限附近地下冰含量的大小是影响年际形变量的主要因素;活动层内土壤含水量影响着地表季节形变量的大小,不同类型多年冻土区的地表年际形变量和季节形变量存在着较大的差异。研究还表明,不同波长的SAR产品在不同类型多年冻土区的适用性不同,下垫面特征对利用InSAR获取地表形变量有较大影响,L波段的SAR数据在植被覆盖度较好的区域有更好的效果。由于InSAR的失相干问题,加之目前还缺少长时间、多类型、高频率的实测形变结果作为验证和标校数据,获取准确且连续的大范围形变数据较为困难。针对目前寒区研究需求,布设野外长期观测站点,建立适用于不同多年冻土区的地表形变反演算法,构建具有较高精度和较高时空分辨率的地表形变数据集具有重要的实践和科学意义。     

南水北调地下水回补对潮白河冲洪积扇中上部地表形变响应及控制因素

2014年南水进京后,持续开展地下水回补对于遏制和减缓地面沉降发展起到重要作用,但地下水回升由此带来的不同区域、不同层位的地面沉降与回弹机制及其控制因素尚不明确。深入探讨和研究回补时间、回补量、回补地点与水位及地表形变之间的关系,了解地表形变发生机理和识别主控因素,为后续如何科学回补,发挥最大化水资源回补效益、对地面沉降防治和超采区治理具有极其重要意义。本文以潮白河冲洪积扇中上部区域为例,采用永久散射体差分干涉测量（PS InSAR）技术获取研究区地面沉降形变信息,并结合区域分层地下水位动态变化、分层沉降变化等多手段进行耦合,查明研究区地表形变与多因素之间的响应与控制因素。结果表明:南水持续回补导致区域地面沉降减缓,并在牛栏山地区出现地表抬升,抬升范围也随着水位上升逐渐向中下游扩展,2022年最大回弹速率达46.9 mm/a;地表形变具有明显的受断裂所控制的第四系沉积差异特性,以黄庄—高丽营断裂、顺义断裂和南口—孙河断裂所分割的后沙峪凹陷范围内变化明显大于其他地区;地下水位变幅与富水性差异决定水位上升范围与响应变化,而沉积构造作用所造成第四系沉积差异在地下水流向上具有一定控制作用。结果为地面沉降防控和机理研究提供理论和科学依据,同时也为后续开展地下水科学回补和方案优化提供指导和借鉴。