双极化Sentinel-1数据极化时序InSAR技术地表形变监测——以上海市浦东机场为例EI北大核心CSCD

不同极化的合成孔径雷达SAR (Synthetic Aperture Radar)数据对地物具有不同响应,利用极化信息可提升InSAR的地表形变监测能力。针对利用免费Sentinel-1数据的双极化信息进行地表形变监测这一问题,本文提出了一种基于双极化Sentinel-1数据的自适应极化时序InSAR技术方法 PolPSI (Polarimetric Persistent Scatterer Interferometry)。该方法针对研究区永久散射体PS (Persistent Scatterer)与分布式散射体DS (Distributed Scatterer)的不同特点,基于不同优化准则分别进行自适应极化优化,得到极化优化干涉图并进行地表形变监测。为了证明方法的有效性,以上海市浦东国际机场为研究区,基于34景双极化(VV-VH) Sentinel-1影像进行了实验。结果表明,所提出方法在降低干涉图相位噪声、提升干涉质量的同时较好地保持了地物边缘细节,相较于常规的时序PS与DS技术,提出PolPSI技术获取的变形监测点密度分别提高了103.0%和30.8%,更加详细地反演了机场区域变形状况。综上所述,本文提出的基于双极化Sentinel-1数据PolPSI方法通过对极化信息的利用与挖掘,可一定程度上提高Sentinel-1数据在地表形变监测应用中的能力。     

基于InSAR技术的天津局部地表沉降特征分析

天津是我国地面沉降最严重的地区之一。本文基于融合分布式的DS-InSAR技术处理了2021年1月—2023年6月的58景Sentinel-1A数据,获取了天津南部地区最新地表形变特征;并结合土地覆盖和水文地质等信息,开展了天津市典型沉降成因分析。结果表明：(1)天津地面沉降分布差异性较大,不均匀沉降特征明显,西南部地区为沉降重灾区,最大沉降速率达85.2 mm/a;(2)天津地面沉降与地下水过度开采、地面载荷增加及地质构造密切相关。该研究可为天津市地质灾害防治提供数据支撑和决策依据。     

沧州地区地面沉降现状Sentinel-1A/B时序InSAR监测与分析

获取了22景IW模式的Sentinel-1A/B数据,分别采用PS-InSAR和SBAS-InSAR两种时序技术得到了沧州地区2015年11月至2016年11月期间地表平均沉降速率及累计沉降量。经分析,两种时序监测结果具有较高的一致性,其结果表明：献县、沧县、沧州市区地面表现为回升趋势;青县、沧县东部、南皮县西部、东光县等地区地面沉降量较大,其中东光县何庄村累计下沉量达47 mm,而引起这些区域地面沉降的主要原因为农业生产等带来的地下水开采。本文对基于Sentinel-1A/B SAR数据的时序分析方法在城市沉降监测方面的应用进行了探讨,为有关部门提供了重要的参考数据。     

高分三号山地冰川表面运动提取与分析

冰川表面运动提取在冰川动力学与物质平衡变化研究中具有重要意义。针对当前我国自主遥感卫星数据在冰川运动监测应用中存在的不足,选用GF-3卫星FSI模式下获取的2019—2020年间覆盖亚洲高山区典型冰川的SAR数据,借助并行化偏移量跟踪算法获取了研究区冰川表面流速分布。研究结果表明：优化后的偏移量跟踪算法极大地提高了运行效率;全局形变拟合估计、地形偏差校正及滤波降噪后,冰川运动分布形态更加直观,精度可达0.5 m;通过与准同期Landsat-8影像提取的冰川流速对比以及对非冰川区位移残差的统计分析,验证了GF-3影像在监测不同区域冰川流速结果方面的可靠性及适用性;GF-3影像凭借其良好的空间分辨率,在规模较小、运动缓慢的冰川运动提取方面具有显著的优势,能够更好地体现冰川运动细节信息及其差异性。该研究有助于分析气候变化背景下青藏高原地区冰川的运动规律及其时空演变特征。     

利用DS-InSAR技术监测沛北矿区地表形变

针对采空区地表散射特性不稳定、高相干点目标少且分布不均匀的特点,本文基于相干矩阵特征值分解（T-EVD）的DS-InSAR技术,利用Sentinel-1A数据获取并分析了徐州沛北矿区2017年1月-2018年12月的地表沉降特征。与常规时序InSAR监测对比表明,融合分布式目标的DS-InSAR技术监测点数量显著增加且空间分布更加均匀,能够更好地反映矿区地表沉降的时空分布特征,为煤炭枯竭型矿区地表沉降规律分析和机理研究提供了先进的技术支撑,在采空区地表沉降监测方面具有良好的应用前景。     

徐州矿区采空塌陷区公路工程地质灾害与防治对策分析

常规时序合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)技术应用于矿区地表形变监测时存在监测点少且分布不均等不足,难以全面反映采空区地表变形特征,而分布式目标受时空失相干等因素的影响相位稳定性较差,因此开展分布式目标相位优化是融合分布式目标时序InSAR形变监测的关键步骤。针对当前分布式目标相位优化中存在的空间连续性约束不足问题,提出了融合区域生长的分布式目标相位优化方法,开展时间和空间联合约束下的分布式目标相位优化,实现复杂地表环境下的精细化地表形变信息获取,并以潘安湖区域为例对分布式目标相位的优化效果进行了定性和定量分析。在此基础上,以该方法和Sentinel-1数据开展了徐州市废弃矿区2018-05—2020-05的地表形变监测,并利用连续运行参考站和裸露基岩验证了该方法的精度和可靠性。结果表明,分布式目标相位时空二维优化方法能够有效减小相位噪声影响,有助于城市废弃矿区地表形变监测。

     

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DS-InSAR技术的金沙江流域贡觉地区滑坡与地裂缝形变特征

金沙江流域贡觉地区地处中国西部山区,地形复杂,构造发育,滑坡和地裂缝等地质灾害隐患分布广泛,对沿线人民生命财产与交通等基础设施建设和安全运营构成严重威胁,亟需对该地区滑坡和地裂缝近期发育特征开展广域监测分析。采用2019年2月至2021年7月64景升轨和69景降轨Sentinel-1数据,采取融合分布式目标的DS-InSAR技术,获取研究区雷达视线向高精度地表形变空间分布信息,共探测到22处明显地质灾害隐患,其中沙东乡附近滑坡雷达视线向最大形变速率可达-254 mm·年^-1。在此基础上,结合最大坡度向形变和降雨数据,分析了该地区典型滑坡和地裂缝形变时空变化特征。结果表明：该地区滑坡分布规模及其运动形态多样,与地形关系较为密切,地裂缝形变与其走向呈现较好的空间相关性,且降雨加剧了部分地质灾害的活动性。     

基于Landsat-8 OLI影像的天山南伊内里切克冰川2016年冰川表面运动状态提取与分析

利用Landsat-8 OLI传感器获取的2016年3-9月覆盖天山西段托木尔峰-汗腾格里地区的3期光学遥感影像数据,基于频谱归一化互相关算法提取并分析了该地区南伊内里切克冰川在最近一年消融期内不同时段的表面运动速度分布及其时空变化特征。研究结果表明：2016年消融期内靠近该冰川上游区域可观测到约为55 cm·d^-1最大运动速度;由于受到冰川下游物质补给量减弱、表碛物增多等因素影响造成冰川末端区域运动速度最小,整个消融期内冰川主体运动速度基本介于20~50 cm·d^-1之间,其平均运动速度约为35 cm·d^-1。而且,可观测到位于冰川上游区域在2016年3月9日至9月17日时段内,冰川运动速度呈递增趋势,相反位于冰川下游区域冰川运动速度呈现减弱趋势。另外,与早期研究对比可知,该冰川运动速度有所减缓且冰川末端明显处于退缩状态。     

基于奇异值分解的DS-InSAR相位优化

高质量监测点空间密度是时序InSAR开展形变监测的重要指标，依靠分布式散射体DS(Distributed Scatters)开展InSAR形变监测可有效解决传统时序InSAR监测点空间密度不够的缺陷，但分布式散射体干涉相位极易受到去相干影响，造成干涉相位失真，因此分布式散射体相位优化是DS-InSAR技术的关键，针对这一情况，本文提出一种新的基于奇异值分解的DS相位优化方法，该方法利用同质像元时序相位重构相位矩阵，对矩阵进行主成分分析得到优化相位。采用模拟数据和33景覆盖郑州东部白沙镇Sentinel-1A数据对提出方法的可靠性与有效性进行验证和分析。采用时序平均相位标准偏差、平均相位梯度、平均残差点数目作为干涉图优化效果评价指标，提出方法优化后干涉图相较于原始干涉图分别下降了15.61%、25.81%、44.84%，与对比DS相位优化方法相比，提出方法对干涉图DS相位优化效果更好，特别是在一些低相干区域仍然可获得较好DS相位优化结果；提出方法在降低DS相位噪声同时可较好地保持地物细节信息。此外，相较于常规PS(Permanent Scatters)技术形变监测结果，本文方法高质量监测...