基于北斗/GNSS 与 InSAR 的水库群坝体表面变形监测体系

面向城市水库群安全监测的需求,提出基于北斗/GNSS与InSAR技术构建城市水库群坝体表面变形监测体系的概念,利用InSAR技术大范围、高精度的优势,研究实现水库群坝体表面变形监测高效率的方法,同时提出基于北斗/GNSS基准网实现区域内测点实时和应急监测的策略。通过2种技术手段的结合,可形成自动、高效、经济、综合的水库坝体表面变形监测作业新模式,实现对城市水库群高时间分辨率和高空间分辨率,普查性监测和重点在线监测的有机统一。     

自动化变形监测云平台设计与实现

针对电厂工程建设及运营期间所涉及的变形监测项目类型多、监测项多、数据信息量大、监测方式落后等特点,结合安全生产及企业数字化转型工作需求,应用GIS(Geographic Information System,GIS)可视化、北斗卫星导航定位技术、物联网、移动互联网等先进的信息技术,研究开发自动化变形监测云平台,实现了全天候、24小时实时在线监测,能够将工程监测大数据与空间地理数据实现一体化存储与管理,并进行有效地分析、预警。在工程建设、安全生产与智慧监管等领域实现了高度信息化与自动化,为生产企业的安全运营提供了可靠的监测数据,能够为政府部门、施工单位、监管企业等提供高效、经济、安全的科学管理依据与辅助决策支持。     

InSAR地面沉降监测精度分析与评价

针对InSAR地面沉降监测精度所受到的质疑,以郑州市为研究区,该文提出了在SAR卫星过境获取图像的同时开展水准测量,通过开展地面沉降星地同步观测实验,即利用水准观测结果对InSAR地面沉降监测的精度进行了对比分析与评价。分别于2012年11月、2013年6月、8月,开展了3次同步观测实验,获取了InSAR与同步的水准监测数据,通过统一参考基准,纠正了InSAR、水准两种测量方法测量结果出现的整体偏差;统一参考基准后,最临近距离的平均误差在±1.9mm~4.8mm之间,中误差在±2.3mm~5.6mm之间,采用克里金插值法的平均误差在±1.5mm~3.8mm之间,中误差在±1.9mm~4.6mm之间。结果表明InSAR地面沉降监测具有较高的测量精度。     

基于北斗传输的地下水监测仪的设计与实现

地质环境监测仪器在实际应用中应具有较为严格的仪器属性,包括耐高低温性、密封性、耐腐蚀性、低功耗等。而无公网覆盖地区多为高寒高海拔地区,仪器长期暴露在较为恶劣的地质环境中。因此,及时、稳定的数据通信传输技术是获取水文地质参数、确保地下水动态监测系统稳定运行的关键。目前,地下水动态远程监测技术多采用GSM短信格式进行监测数据的传输,但是该方式在野外应用中非常受限。为使地下水参数监测不受无线公共网络覆盖区域的限制,利用北斗卫星的定位与短报文技术,研究了一种可利用北斗卫星进行数据传输的通信仪器。经过大量的室内调试及野外稳定性试验,证明了基于北斗卫星开发的地下水动态监测通信控制终端,数据传输稳定,仪器功耗低,防风、防沙、防潮性能良好。该研究解决了无手机信号地区地下水监测数据的传输障碍,实现了多方式的地下水监测通信。     

北斗传输技术在新疆某供水监测系统中的应用

结合新疆某工程施工供水现状,介绍施工供水监测系统的建设方案,选择北斗卫星传输作为供水监测系统的通信数据传输方式。分析北斗卫星数据传输原理,阐述监测系统总体架构,并对北斗卫星的应用作进一步分析,应用结果说明,采用北斗卫星传输可节约人力、物力,平均通信畅通率达到96.90%以上,可为在无人荒漠区实现供水管道数据自动采集、上传和运行维护提供可靠的解决办法。     

基于高精度北斗定位的大坝形变监测

北斗大坝形变监测是北斗卫星高精度定位的一种具体应用,本文主要介绍北斗大坝形变监测系统的组成结构、数据处理流程,以及使用定位数据处理误差改正模式来提高监测精度的方法。采集的北斗卫星数据通过通信网络送到数据处理中心,解算数据得到监测点和基准站的相对位移,从而达到监测大坝形变的目的。     

基于变形监测数据的矿山安全分析研究

本文以东北大学和辽宁省地质环境监测总站合作的《抚顺西露天矿北边坡变形监测及预警系统建设研究项目》为基础,运用GPS监测、预应力锚索监测以及雷达监测三种监测方法,对抚顺西露天矿北边坡进行变形监测,从矿山生产安全的视角,分析对比监测数据,为安全生产及时提供预警信息。     

基于ICEEMDAN-LSTM的地铁盾构隧道管片形变数据分析预测

地铁隧道安全监测以及监测数据的分析处理与预测是保障地铁隧道安全的重要手段。由于施工环境的影响,监测数据不可避免会含有噪声。本文以盾构地铁隧道管片变形自动监测数据为研究对象,提出基于ICEEMDAN-LSTM的变形监测数据分析预测方法。首先采用ICEEMDAN对监测数据进行分解处理,获得监测数据的IMF和残差分量;构建LSTM网络模型,应用LSTM模型对监测数据的IMF和残余分量进行预测,再对IMF和残余分量预测值进行叠加重构获得变形预测值。实验分析结果表明,ICEEMDAN-LSTM模型的预测精度明显高于BP、LSTM模型。     

北斗卫星导航系统定位精度研究

北斗卫星导航系统,是我国为了保证国家与人民群众的安全,并且促进我国经济的发展,自主建设并独立运行的一张卫星导航系统,能够提供全天候、全天时、高精度的定位、导航服务,是我国重要空间基础设施。近年来,北斗卫星定位被广泛应用于森林防火、抗震救灾、水文监测、气象预报以及交通运输方面,已经深入了人民群众生产生活的各个方面,对社会经济发展有着重要的推动作用。本文基于北斗卫星导航系统定位原理,从时间及空间准确性方面对定位精度进行探讨。     

大事

我国北斗自主导航核心芯片诞生我国"北斗"卫星导航系统的核心芯片"领航一号"已在上海研制成功。"领航一号"是我国自主开发的完全国产化的首个卫星导航基带处理芯片,并将替代"北斗"系统内的国外芯片。     

基于SBAS-InSAR技术的煤矿开采沉陷监测与分析

地下煤炭资源大量开采导致的地表形变,引发严重的安全和环境隐患,雷达干涉测量技术是高精度、大范围地表形变监测的重要手段之一。以辽宁省沈阳市沈北新区蒲河煤矿为例,采用SBAS-InSAR技术探测2018—2019年矿区地表形变结果,获取了采煤引起地表形变的时空分布特征,结合采场所在区域的地质条件和变形诱发因素,利用数值模拟技术对观测形变结果进行模拟分析,进而讨论了蒲河煤矿地面沉降在时间和空间上的变形规律和机制。InSAR形变监测结果显示,开采区域内存在两处沉降漏斗,且数值模拟结果与InSAR形变观测值分布规律一致,反演结果接近实际情况,可为相关部门制定地面沉降防治措施提供科学依据。     

新型多基线DInSAR地表形变监测技术研究动态

合成孔径雷达干涉测量（InSAR）是一项广泛采用的雷达遥感测量技术,可以获取大区域、长时间、毫米级的地表形变监测,是SAR图像应用研究的热点。从InSAR技术监测地表形变时面临的问题出发,分析了近年来多基线DInSAR方法的新进展,论述了相干目标算法\,分布目标算法及SAR层析成像技术等在监测地表运动时的原理及技术应用,详细讨论了DInSAR地表形变监测由二维参数研究发展至三维、四维空间,由城区发展至广阔非城区地表监测的发展趋势。     

Identification of deformation pattern changes caused by enhanced oil recovery (EOR) using InSAR

Continuous hydrocarbon production and steam/water injection cause compaction and expansion of the reservoir rock, leading to irregular downward and upward ground movements. Detecting such anthropogenic ground movements is of importance, as they may significantly influence the safety and sustainability of hydrocarbon production activities, in particular, enhanced oil recovery (EOR) and even lead to local hazards, e.g. earthquakes and sinkholes. As InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar) can routinely deliver global ground deformation observations on a weekly basis, with millimetre-level precision, it can be a cost-effective, and less labour intensive tool to monitor surface deformation changes due to hydrocarbon production activities. Aimed at identifying the associated deformation pattern changes, this study focuses on InSAR deformation model optimization, in order to automatically detect irregularities, both spatially and temporally. We apply multiple hypothesis testing to determine the best model based on a library of physically realistic canonical deformation models. We develop a cluster-wise constrained least-squares estimation method for parameter estimation, in order to directly introduce contextual information, such as spatio-temporal correlation, into the mathematical model. Here a cluster represents a group of spatially correlated InSAR measurement points. Our approach is demonstrated over an enhanced oil recovery site using a stack of TerraSAR-X images.     

永久散射体雷达干涉研究综述

传统D\|InSAR技术虽然在地表形变测量应用中得到广泛应用,但其测量精度容易受失相干、大气效应、DEM误差等的影响,测量结果有时甚至不可靠。为了突破这些限制,在D\|InSAR技术中引入时间维,筛选出时序SAR图像上受失相干影响较小的像元,建立并解算相位模型,从而提取形变信息。PS\|InSAR技术自出现以来,经过不断改进,在受失相干影响较大的长期缓慢形变监测中发挥了重要作用,一直是近年来雷达干涉领域研究的重点问题。详细梳理了PS\|InSAR技术的发展历史,总结了关键技术环节的改进算法以及应用领域,指出现有PS\|InSAR技术仍然存在的问题以及可能的发展趋势。     

COSMO-SkyMed数据在常州市地表形变监测中的应用

小基线集合成孔径雷达干涉测量技术(SBAS-InSAR)已成功应用于城市地表形变监测,并表现出极大的潜力和优势。X波段高分辨率雷达卫星在地表微小形变探测方面较C波段和L波段更为敏感。选取覆盖常州地区COSMO-SkyMed高分辨率SAR影像,采用SBAS-InSAR方法获得了地表形变时间序列,对比水准观测数据,分析了干涉测量结果的精度,根据历史地下水位监测数据,分析了地下水水位变化对地表形变的影响。结果表明:干涉测量结果与水准观测数据具有很好的一致性,沉降区域主要发生在武进区,最大沉降量超过-40mm,主城区出现了轻微的回弹现象,回弹达到+5mm;地下水水位持续上升与地面沉降减缓、地面回弹趋势一致,地下水水位变化仍然是常州市地表形变的主要影响因素。     

基于小基线InSAR技术监测九台营城矿区2012年地表形变

通过采用小基线InSAR技术,将离散的DInSAR观测连接起来,获取吉林省九台营城矿区线性地表形变量,通过去除大气延迟相位计算非线性形变量,进而获取时间上连续的沉降场。经实地调查验证,InSAR计算结果较好地吻合了矿区开采范围和地表建筑物破坏情况。最后分析了营城矿区2012年沉降的分布和地表形变随时间的变化情况,揭示矿区沉降漏斗的分布、发展和演化规律。     

重轨星载InSAR测量中的大气校正方法综述

随着合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术在地形测绘及地表形变监测等领域应用日益广泛,提高其测量精度成为该技术领域近期研究的热点之一。而InSAR测量过程中的大气效应是限制其测量精度提高的主要误差源之一,如何经济有效地消除大气效应引起的延迟位相(即大气校正)是InSAR技术应用中亟待解决的问题。详细介绍了InSAR测量中现有的大气校正方法,并评述了各自的优缺点及适用条件。最后对InSAR大气校正研究中仍就存在的问题进行了概括并提出展望。     

多模式雷达在矿区沉降监测中的应用研究

合成孔径雷达差分干涉测量(DInSAR)技术在地表形变监测方面已得到广泛应用。介绍了将差分InSAR技术运用于矿区地表沉降监测,获得了河北峰峰煤矿地表Envisat/ASAR和ALOS/PALSAR的雷达形变干涉相位图,并对Envisat C波段和ALOS L波段的形变干涉相位图进行了相干特性和相位特性的分析。通过综合考虑C波段和L波段的优势与不足,将两者联合使用,实验表明利用多模式雷达数据对矿区地表沉降进行检测的可行性。同时,通过对雷达干涉相位图的分析,能够及时提供正在进行地下开采活动的矿区地理位置。     

Monitoring of large-scale deformation in mining areas using sub-band InSAR and the probability integral fusion method

The large-scale and rapid land subsidence that occurs in mining areas often leads to problems, such as densely spaced interference fringes and the temporal decorrelation of interferometric synthetic aperture radar (InSAR) interferograms. To solve these problems, sub-band InSAR is applied to monitor the large-scale deformation that occurs in mining areas. First of all, four different bandwidth images with three sub-band bandwidth parameters are used to extract simulated mining-induced subsidence with seven different deformation magnitudes. The results of the simulation experiment suggest the following conclusions. In monitoring subsidence with different deformation magnitudes using images with different bandwidths, an optimal monitoring value exists; wider image bandwidths lead to smaller optimal monitoring values and higher monitoring accuracies. Therefore, an appropriate sub-band bandwidth should be selected that depends upon the image bandwidth and the subsidence level to achieve optimal monitoring. The optimal sub-band bandwidth for monitoring subsidence of different magnitudes in mining areas is determined through simulation experiments, and these conclusions can provide a technical basis for selecting the appropriate sub-band bandwidth for the monitoring of subsidence in mining areas. Although sub-band InSAR can reduce the number of interference fringes and the difficulty of unwrapping, the simultaneous introduction of large amounts of noise leads to reduced monitoring precision, and the application of the probability integral method in the prediction of mine subsidence is more mature. Therefore, the combined use of sub-band InSAR and the probability integral fusion method to monitor mining-induced deformation is proposed in this paper. The probability integral method is used to perform noise peeling on the interferometric phases of the sub-bands to improve the monitoring accuracy of sub-band interferometry. Then, according to the results of the simulation experiment, the fusion method with the appropriate sub-band bandwidth parameters is applied to monitor the surface deformation associated with working face 52,304 from 2 December 2012 to 13 December 2012. Finally, the monitoring results are compared with the results of monitoring using conventional differential interferometric synthetic aperture radar (D-InSAR) and global positioning system (GPS) field survey data. The results show that the reliability and accuracy of the fusion method are much better than those of conventional D-InSAR in monitoring the large-scale deformation that occurs at the edges of subsidence basins.