一种基于GVF-Snake模型边界探测的相位解缠算法

针对矿区沉降监测中低相干和强噪声下出现相位不连续、条纹间断等导致的InSAR(Interferometric SAR)监测可靠性不高等问题,提出了一种基于GVF-Snake(gradient vector flow snake)模型干涉条纹边界探测的相位解缠方法.该算法利用GVF-Snake模型对沉降漏斗区的干涉条纹进行边缘检测获取干涉条纹的边界,对检测边界内的像元按照相关准则进行解缠绕,通过改进的中值滤波方法消除孤立点.以济宁矿区为实验区,采用日本ALOS PALSAR真实雷达数据进行矿区沉降监测以验证新解缠算法的有效性,利用两组实验数据分别采用基于GVF-Snake模型的边界探测解缠算法与最小费用流等其它5种解缠算法进行对比实验与分析.结果表明:所提算法在干涉条纹质量较好的情况下与其它解缠算法高度一致,以MCF(minimum cost flow)最小费用流解缠方法作为评价标准,新方法解缠精度可以达到±0.005 8rad;在干涉条纹间断、噪声影响严重的情况下,可以实现InSAR矿区沉降漏斗的正确相位解缠,从而保证InSAR矿区大量级沉降监测的可靠性及精度.     

基于卫星InSAR技术的地质灾害隐患点探测与形变分析

地质灾害的频繁发生直接或间接地给自然环境和社会带来了不可逆转的巨大危害,近年来我国也在不断加强地质灾害早期识别和防治的力度.合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术以其全天时、全天候、高精度、大范围监测的优势,成为一种重要的形变监测手段.本文以贵州省黔东南州地质灾害隐患排查为例,采用差分干涉测量(D-InSAR)和小基线集(SBAS)时序InSAR技术分别处理了ALOS-2/PALSAR-2和Sentinel-1雷达数据.选取具有代表性的4个隐患点区域重点讨论,结果展示了D-InSAR在大范围地表形变探测以及SBAS在高精度形变监测中的优势,同时表明两种方法在地质灾害隐患普查中可以互相补充,提升地灾隐患的识别能力.此外,获取的隐患点雷达视线方向累积形变序列和平均形变速率,可为贵州省地质灾害防灾减灾提供有价值的参考.     

不同外部DEM和多视对矿区形变探测的影响

探讨高分辨SAR影像利用二轨法DInSAR技术对高强度开采矿区形变的监测能力。多视SAR和外部DEM是二轨法DInSAR的两个核心信息源,其数据质量直接影响差分干涉结果,从而影响形变监测能力。采用不同的外部DEM(SRTM DEM,ASTER GDEM)及不同多视对高分辨率RADARSAT-2的4组干涉像对进行处理,结合矿区工作面图对DInSAR获取的沉降结果进行剖面分析,利用Orign8.5对剖面沉降曲线及沉降盆地边缘分别进行曲线拟合,从而探讨不同外部DEM和多视对矿区形变监测结果的影响。结果表明:(1)在SAR相干性较好的前提下,2种外部DEM均能很好地监测到矿区开采沉陷形变区,下沉剖面形变曲线趋势一致,符合开采沉陷规律。(2)对于高分辨SAR影像,多视视数相同时,SRTM DEM和ASTER GDEM作为外部DEM提取的形变结果一致,这是由于两者平面精度相对于SAR影像精度而言相差甚远。(3)外部DEM相同时,多视对差分结果影响较大,多视视数增加后,在平滑噪声的同时也降低了对细节的探测能力。由此可知利用高分辨SAR影像对高强度开采矿区进行形变监测,应选择与影像精度在一个数量级的外部DEM,充分利用SAR的高分辨率优势,而且应当选择较小的多视视数保证细节信息。     

融合D-InSAR和Offset-tracking技术的矿区沉降信息提取

矿区开采沉陷具有沉降速度快、量值大的特点,针对使用合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术很难正确获取煤炭开采引起的地表下沉全盆地信息的问题,提出融合D-InSAR和Offset-tracking技术提取矿区沉降信息的方法。试验以陕西某矿52304工作面为例,分别采用D-InSAR和Offset_tracking技术提取了下沉盆地微小及大梯度形变信息,分析了D-InSAR中失相干问题和Offset_tracking的监测优势,最后将两者得到的结果进行融合,获取了工作面上方的时序形变图,实例中最大下沉处的相对误差为0.5%~7.3%。结果表明,Offset-tracking可以有效解决D-InSAR无法监测矿区大梯度沉降的问题,该方法可为矿区开采沉陷监测提供新的技术手段。     

基于D-InSAR技术的煤矿区开采沉陷监测

基于煤矿区地表沉陷的基本特征,论述了合成孔径雷达差分干涉测量（D—InSAR）技术的基本原理,阐述了利用该技术提取煤矿区地表沉陷数据的过程及处理方法;分析应用中存在的失相关等问题,提出解决方法并对获取的矿区地表沉陷变形值做进一步的分析,以期得到地表变形值在不同方向上分量值;最后得出结论：D—InSAR作为一种新的沉陷监测技术,在开采沉陷方面有着常规监测手段无法替代的优势,应用前景广阔．     

基于WebGIS的形变监测成果管理与展示系统

随着空间对地观测技术在地表形变监测中的广泛应用,对形变监测成果管理与展示的需求日益增加。一方面,全球定位系统（Global Positioning System,GPS）和合成孔径干涉雷达（Synthetic Aperture Radar Interferometry,InSAR）等测量技术监测获取的数据量越来越大、类型越来越多,急需进行有效管理;另一方面,监测成果的展示效果需要更加直观和人性化。基于网络地理信息系统（WebGIS）的技术,通过OpenLayers地图框架和ASP.NET技术（Active Server Pages.NET Framework,ASP.NET）,采用依比例分级展示点云数据的方法可视化InSAR数据,采用依比例生成有向线段的方法可视化GPS速度数据;开发了形变监测成果在线展示系统,利用数据库技术规范了监测数据的存储,实现了变形监测成果的高效科学管理,提高了形变监测成果的展示、编辑、管理的效率。     

D-InSAR时序开采沉陷观测的干涉策略选优

为了更好地提取开采沉陷形变的动态演化规律,针对开采沉陷D-InSAR时序差分干涉测量,对比分析了二通加外部DEM和三通差分干涉测量4种模式的优缺点．结果表明,对于D-InSAR地表形变信息提取和时序分析,二通加外部DEM的InSAR干涉策略有致命缺陷,三通法差分较优;得出的采用“累积式”和“相邻重访周期式”相结合的干涉策略,可以提高可靠性,结果可以相互验证,是最优干涉策略．     

参考DEM误差与地表形变对雷达差分干涉相位贡献的灵敏度研究

从D-InSAR的基本原理出发,分析讨论了地形相位分量和地表形变相位分量对差分干涉相位的影响,导出了参考DEM误差和地表形变量对差分干涉相位贡献灵敏度的计算公式,得出雷达差分干涉测量中地表形变对相位贡献灵敏度要远远高于参考DEM误差对相位贡献灵敏度的结论。利用DORIS软件,对2003—12—26发生在伊朗东南部的Bam6．6级地震区,借助高程精度约为30In的GT（31P030DEM和高程精度约为10m的SRTM3DEM分别进行“二轨”法差分干涉处理,带人同一幅干涉图10194-09693（时间间隔35d、垂直基线为519rn的ENVISAT-ASAR影像对）中,得到了相似的6个干涉条纹,只是采用GTOP030DEM产生的干涉条纹有更多噪声的影响,验证了该结论的正确性。     

基于InSAR技术矿区地表形变的监测

合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic apertture radar,简称InSAR)因具有全天候、连续获取信息和高空间分辨率的特点而被广泛应用于地学、海洋、资源探测及灾害监测等众多领域。在介绍InSAR技术获取地表形变信息基本原理的基础上,重点讨论InSAR技术在矿区地表形变监测中的的几个关键技术问题,包括SAR图像的获取和选择、SAR影像配准算法、水平地形效应的消除、相位解缠和数字高程模型的提取等,并结合国内外应用实例展望了发展前景。     

多波段InSAR的CRT相位解缠方法

对于InSAR系统,当波长较长时,干涉图条纹频率较低,相位解缠容易,但反演的高程精度较低;而当波长较短时,干涉图条纹频率较高,相位解缠困难,但反演的高程精度较高.为了充分利用多波段InSAR干涉相位之间的互补信息,设计了利用中国余数定理的多波段InSAR相位解缠方法,采用由DEM仿真的多波段干涉图进行了相位解缠实验,得到了理想的解缠结果,成功解决了因地形起伏较大或基线较长而引起的干涉相位欠采样处的相位解缠难题.     

基于DInSAR技术的意大利拉奎拉同震形变研究

为探测意大利拉奎拉2009年4月6日发生的6.3级地震的地表形变量,采用两轨法对该地震形变进行了研究。首先利用ENVISAT ASAR雷达的两组升轨与降轨数据,对比了不同相位解缠方法对研究结果的影响,然后探索了ASTER GDEM在两轨法中的应用,最后成功得到拉奎拉6.3级地震在雷达视线方向的形变图。研究表明,在DInSAR技术中采用合适的相位解缠的方法能够提高成果的精度。正确预处理之后的ASTER GDEM数据可以应用于两轨法雷达干涉测量中,其在雷达干涉测量中有一定的应用潜力。拉奎拉6.3级地震的地表形变以垂直位移为主,且垂直位移形变以下沉为主。     

多源SAR影像监测矿区建筑物三维位移场

合成孔径雷达差分干涉(差分InSAR)技术仅能获取雷达视线向(LoS)一维形变信息.通过分析LoS向形变的三维空间合成模型,研究了融合多源合成孔径雷达(SAR)影像求解建筑物三维形变的模型与算法.该算法利用具有不同空间几何的SAR影像获取目标在不同LoS向的形变信息,联合求解目标三维形变场.结果表明:三维算法反演的垂直向位移(即下沉)与水准数据相互吻合,均方根误差为士10 mm;东西向水平位移场符合开采沉陷规律.由于卫星采用极轨飞行,使得三维算法对南北向位移不敏感,反演精度差;由三维位移场计算的倾斜值以及东西向水平变形与实测值间的均方根误差分别为±0.21,±0.06 mm/m.     

矿区形变区及中心形变速率研究

以河南省鹤壁市鹤壁二矿、三矿、五矿和六矿为实验区,采用永久散射体差分干涉测量技术（PS—InSAR）,对实验区2008--2010年共12景ENVISATASAR数据时序SAR影像进行处理．实验结果提取出6个形变较大的相位变化区域,与实际矿区空间位置有良好的吻合,在2008--2010年期间累积形变量最大至60mm,最大形变速率为25mm／a,其它形变区域中心的形变速率都在16～20mm／a之间．     

联合DInSAR和PIM技术的沉陷特征模拟和时序分析

高强度煤炭开采(大采高、薄基岩、快速采煤)可形成巨大的地表形变场,过大的形变相位梯度导致干涉测量失败,单独采用合成孔径雷达差分干涉测量(DInSAR)及其衍生技术都无法获得开采沉陷主值.为此,提出了联合多时相DInSAR时序分析及概率积分法(PIM),整合理论计算与卫星观测结果,实现开采沉陷特征的动态模拟和模型重构.以2012年1月—2013年6月共18期高分辨率雷达数据(RADARSAT-2,5m精细波束模式(MF5))为数据源,利用连续重访周期的DInSAR技术获得17期时间序列开采沉陷相位变化图,监测得到神东矿区布尔台矿22201-1/2工作面地表形变从产生、发展到衰退的演化规律;联合DInSAR获得的沉陷盆地边缘信息与PIM技术对矿区大变形下沉信息进行预计,两种数据整合形成混合数据集;采用Gauss函数对混合数据集进行拟合,重构矿区时序开采下沉特征曲线.研究表明:PIM技术可以弥补DInSAR技术在大形变提取上的不足,利用混合数据集建立的Gauss模型,对于有限开采(非充分采动)或充分采动的主断面下沉值具有极高的拟合度,其拟合度R2均大于0.976.     

基于Sentinel-1A雷达影像的DEM提取方法

合成孔径雷达干涉测量是一种提取数字高程模型、探测地表形变的新技术,近年来已成为快速获取精确DEM的重要手段.以Sentinel-1A雷达影像为数据源,基于InSAR技术提取日本四国岛地区的DEM.结果表明,利用InSAR生成的DEM总体上符合该地区实际地形.基于InSAR技术的Sentinel-1A雷达影像反演DEM在日本四国岛地区是行之有效的.     

1"与3"SRTM DEM在珠江三角洲地区InSAR形变监测中的应用效果比较

2014年9月,美国逐步向全球用户免费开放了1"（约30 m）分辨率的SRTM DEM（Shuttle Radar Topography Mission Digital Elevation Model）数据. 为了比较其与之前发布的3"（约90 m）分辨率SRTM DEM数据对InSAR（Interferometric Synthetic Aperture Radar）形变监测结果的差异,本文采用欧空局Envisat卫星的雷达影像,分析这两种不同分辨率的DEM对珠江三角洲地区单个干涉图和多个干涉图获得的平均速率的差异. 研究结果显示：1"与3"DEM对单个干涉图形变量结果的差异与基线长度有关,以垂直基线长度为50 m的干涉图为例,其差值分布在±4 mm之间,其中89%介于±1 mm;由于多个干涉图的垂直基线随机分布,DEM对于整个轨道多干涉图获得的平均速率影响分布在±4 mm/a之间,其中90%介于±1 mm/a;差异明显的区域主要在地形起伏较大的山区. 因此,本文认为1"与3" SRTM DEM对珠三角地区InSAR形变监测结果的差异并不显著.     

miniSAR遥感卫星

miniSAR遥感卫星主要利用SAR卫星在复杂气象条件下的高分辨率成像和高精度形变测量能力,用于地区沉降监测、地质灾害监测、桥梁及建筑物形变监测等城市安全及应急领域,提升应急保障的数据支撑能力.miniSAR卫星分辨率高达0.5m,可清晰反映道路、江河、建筑、植被、车辆等地物特征,可更精细地观测城市各类建设要素、调查城市资源环境要素、掌握城市变化变迁要素,有效提升地质灾害预警能力与城市智慧化管理能力.此外,miniSAR卫星能够实现地面目标的毫米级沉降形变测量,长时间序列干涉形变测量精度5～7mm/a,可通过长期观测获取目标形变特征规律,对异常情况进行提前预警,实现建筑、桥梁、道路、边坡等目标的灾害预警预防.可用于地区沉降监测、地质灾害监测、桥梁及建筑物形变监测等城市安全及应急领域,提升应急保障的数据支撑能力.     

利用InSAR技术获取南昆仑DEM

合成孔径雷达干涉测量(InSAR,Synthetic Aperture Radar Interferometry)是一种获取地面数字高程模型(DEM)和探测地面微小形变的新技术。本文介绍了荷兰Delft理工大学开发的Doris软件生成DEM的流程,分析了InSAR技术生成DEM的误差源,并利用南昆仑地区的数据获取了该区的数字高程模型,最后将获取的DEM与SRTM DEM进行了精度比较分析,认为在植被稀少区用InSAR技术获取的DEM完全能满足常规地形图的精度需求。     

InSAR技术在形变灾害监测中的研究进展

合成孔径雷达干涉测量技术(Interferometric Synthetic Aperture Radar,简称InSAR)应用于地面形变监测已经成为地质灾害研究的热点。介绍了InSAR的基本原理和数据处理流程,论述了InSAR技术的最新进展,结合国内外的应用和研究实例,指出了存在问题和应用前景。     

利用DORIS软件进行SAR差分干涉测量提取地震形变研究

合成孔径雷达差分干涉测量（D-InSAR）作为一种新型的空间测量技术,具有不受时间和空间的限制、对地物有一定的穿透性等传统测量所不可比拟的特点.它可以探测由地震、火山等引起的地表细微变化信息,精度可达厘米甚至亚厘米级,所以已得到较为广泛的应用.介绍了D-InSAR技术的基本原理,阐述了DOR IS软件进行SAR数据处理的步骤,最后以Bam地震为例提取了地震同震形变干涉图.