时序InSAR技术地表沉降监测结果可靠性及沉降梯度分析

为系统评价时序InSAR技术监测结果的精度和可靠性,进一步挖掘监测结果中隐藏的空间地理信息,利用两种时序InSAR技术对天津市及周边区域地表沉降情况进行监测,并基于水准数据测量结果、不同时序InSAR技术监测结果以及夜间灯光数据二次分析结果,研究了系统评价监测结果可靠性的方法,对监测结果进行了精度和可靠性的评价。在此基础上,基于ArcGIS空间插值与梯度分析方法,对研究区两个重点沉降区域进行了沉降梯度分析。研究结果表明:1研究区时序InSAR技术监测结果精度较高、可靠性较好;2重点沉降区域分布于天津市市区周边辖区,而市区相对比较稳定;3沉降梯度较大区域多分布于"沉降漏斗"的边缘,沉降梯度大小与沉降速率之间没有直接联系。     

改进小基线集时序雷达方法监测显著地表沉降

针对现有时序雷达干涉测量在监测时间跨度过大的条件下存在的问题,该文依据结合时序先验约束值辅助构建线性时序模型的总体思路推导并实现了改进的小基线集时序差分干涉分析模型。为验证模型与算法的可行性,实验选取23幅L波段ALOS/PALSAR影像数据,针对河北胜芳镇2007年到2010年的不均匀地表沉降开展量化分析,获得了整体区域雷达视线方向地表累积沉降量,标定了沉降漏斗位置并对累积沉降量进行了评估。     

DInSAR沉降监测技术在铁路勘察设计中的应用

针对当前铁路勘察设计中面临铁路沿线地表区域历史沉降监测资料缺失、调查困难的问题,该文引入了合成孔径雷达差分干涉测量(DInSAR)技术对铁路勘察设计阶段区域沉降进行监测;结合铁路勘察设计对地表区域沉降需求特点,采用常规差分DInSAR和小基线集(SBAS)技术方案对铁路沿线进行区域沉降监测,并基于不同方案开展了相应实验。实验表明:利用常规差分干涉测量和基于时序的差分干涉测量方法,能够有效地监测到铁路沿线的地表区域沉降范围、沉降量和沉降速率,基于时序的差分干涉测量能够提供更加准确的监测结果,为铁路方案稳定性提供准确的区域沉降资料。     

Sentinel-1A TS-DInSAR津冀核心经济区广域地表沉降监测与分析

津冀地区位于华北平原，严重的地下水开采导致地表沉降十分显著，开展广域沉降监测具有重要的现实意义。以2016年2月至2018年11月获取的59幅Sentinel-1A SAR影像为数据源，采用相干点目标分析(IPTA)方法对该区域开展沉降监测，采用大量水准数据验证监测结果精度，基于验证后结果对研究区域沉降时空分布特点进行详细分析和解释。与水准数据对比，Sentinel-1A IPTA监测结果均方根误差(RSME)为±2.70 mm·a^-1。分析表明：研究区域内存在严重的不均匀地表沉降，最大沉降速率高达218.31 mm·a^-1。同时研究进一步表明Sentinel-1A时序差分干涉应用于广域地表沉降监测具有较高的精度水平和较好的应用潜力。     

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D-InSAR技术的矿区地表形变监测研究

本文利用时序Envisat单视复数据(SLC),分别采用"2轨法"和"3轨法"雷达差分干涉测量,对河北邯郸峰峰煤矿地区地表沉降检测试验,检测矿区内地表沉降发生的位置及范围,结合实验分析了差分干涉测量技术在地表形变监测中存在的问题及其应用前景.     

基于ARIMA-MC模型的滑坡位移预测

中国是一个滑坡灾害极为频繁的国家,三峡库区更是滑坡灾害的多发区和重灾区,GPS地表位移监测是滑坡稳定性监测的重要手段。以三峡库区树坪滑坡为例,先利用自回归移动平均模型（ARIMA）对树坪滑坡GPS监测点的累积位移数据进行时序拟合,之后利用马尔可夫链模型（MC）对拟合结果进行拟合优化,最后建立自回归移动平均-马尔可夫链模型,并将其用于对树坪滑坡位移的时序预测之中。拟合和预测结果表明,该模型能够有效提高滑坡位移预测精度并实现短期内的动态滚动预测。     

北京平原区地面沉降PS-InSAR监测

地面沉降是北京平原区的主要地质灾害之一。针对地下水长期超量开采引发的大范围地面沉降,采用雷达遥感的技术方法对其进行监测分析:以2003~2010年间覆盖北京的31景ENVISAT ASAR数据为基础,采用永久散射体干涉测量技术对北京市平原区进行长时间序列的地面沉降监测,并对比地下水水位变化数据,通过GIS空间分析的方法讨论地面沉降的时空演化特征。结果表明:2003~2010年,北京市平原区地表形变速率范围为-52.1~8.2mm/yr,已经形成五大沉降漏斗(朝阳—通州沉降漏斗、天竺—金盏沉降漏斗、来广营沉降漏斗、高丽营沉降漏斗和昌平沉降漏斗),地面沉降发生区域与地下水漏斗形成区域基本一致。     

融合PS、SBAS、DS InSAR技术的昆明地面沉降研究

时序InSAR技术为城市地面沉降监测和防治提供了有效方法,然而PS-InSAR和SBASInSAR技术自身的缺陷限制了InSAR技术的监测精度,特别是复杂地形产生的低相干性引起的PS点稀疏问题。在PS和SBAS算法基础上,通过引入Stacking技术联合PS-InSAR进行相干目标点选取,提出融合PS、SBAS、DS-InSAR的技术,并对比提出的方法与常规PS+SBAS-InSAR的监测结果。研究结果表明：提出的方法与PS+SBAS-InSAR反演的昆明沉降速率结果存在较好的一致性,其中本实验提出的方法能增强观测区域点目标空间分布的密度,进而得到更多有效的地表形变信息。从整个研究区来看,昆明市城区地表整体存在-22～8 mm/a的沉降速率,严重沉降区集中在官渡区、西山区和五华区,并已经形成多个沉降漏斗。自1989年以来,小板桥和河尾村依然是最严重的两个沉降漏斗中心,而东北方向的蒋家营则是本次研究中发现的新沉降点。结合历史资料的验证分析表明：昆明地面沉降主要受地下水抽汲、建筑荷载与工程施工以及断陷盆地的构造运动的影响。     

基于时间序列TerraSAR-X影像的线状地物沉降监测试验研究

新一代高分辨雷达卫星尤其是TerraSAR-X的发射运行,给时序InSAR分析技术带来新的挑战,得益于其高分辨率特点使得特定目标的短期内微小形变监测成为可能。本文利用2009年3月～2010年1月间27景3m分辨率的TerraSAR-X数据,基于改进的时间序列InSAR技术获得京津城际高铁武清段和北辰段沿线区域地表时序形变特征,并对形变规律及成因进行分析。     

基于SBAS-InSAR方法的岷江上游峡谷区地表沉降的坡向分异规律研究

岷江上游峡谷区滑坡等地质灾害频发,认识灾害的分布特征及诱因对于减小灾害损失具有重要意义。基于2015～2019年的60景哨兵一号（Sentinel-1A）卫星雷达影像,采用小基线集合成孔径雷达干涉测量（SBAS-InSAR）方法获取了地表雷达视线向形变的时间序列及多年平均速率,分析了地表沉降的分布规律及其同植被覆盖、降水、人类活动等因子的内在联系。结果表明：研究区地表沉降具有明显的坡向分异规律,即快速沉降区多分布于阳坡,年平均沉降速率（-33.02 mm/a）明显快于阴坡（-9.33 mm/a）。针对该地表沉降的坡向分异规律,研究进一步揭示了其环境控制机制：(1)阳坡水分条件胁迫较强而植被覆盖差,不利于地表稳定;(2)地形雨来向多为偏南方向,阳坡受侵蚀较为强烈;(3)阳坡光热条件好,受垦殖等人类活动影响大。由此建议：在岷江上游峡谷区的偏南向边坡,应特别注意防范滑坡等灾害,加强地表形变监测和滑坡灾害预警。     

基于Sentinel-1A数据的天津地区PS-InSAR地面沉降监测与分析

为有效预防地面沉降带来的灾害,利用2015年4月~2018年2月天津地区的24景Sentinel-1A数据,进行了永久散射体干涉测量处理,并使用高精度轨道数据和TanDEM-X DEM修正残差相位,提取了3 a的地面沉降结果,结合土地利用类型、水文、地质和交通等数据,分析了多处沉降地区的特征和形成原因,最后和小基线集方法的监测结果进行对比分析。结果表明:近3 a来天津城区沉降治理效果显著,平均沉降速率在8 mm/a以内,郊区沉降仍然严重,沉降速率在50~70 mm/a,沉降最为严重的区域为武清区王庆坨镇,3 a累计沉降量超过200 mm,并且有和其他沉降漏斗连成片的趋势。地面沉降发生的区域与地下水漏斗形成的区域基本一致,且两种方法得到的累积形变量差值95%在5 mm以内,说明本研究结果可以为天津市地质灾害防治提供数据支撑和决策依据。     

基于贝叶斯优化XGBoost的隧道沉降量预测

公路隧道在建设过程中易受到地理环境等因素的影响, 山体结构的不稳定可能会产生潜在的安全隐患, 而隧道沉降量是反应隧道结构变化的一项重要指标, 因此提出一种基于贝叶斯优化XGBoost的隧道沉降监测量预测模型. 由于隧道施工场景复杂干扰严重, 给数据采集和后期沉降变化分析带来困难, 本文首先对原始沉降监测数据进行时间尺度统一, 然后融合时域和空域信息对数据中的异常值、缺失值进行数据修复, 在此基础上, 提出贝叶斯优化的XGBoost集成模型对隧道监测的周边收敛、地表沉降和拱顶沉降数据分别进行分析. 通过与优化前模型以及时序预测模型预测结果进行对比, 发现贝叶斯优化的XGBoost模型精度最高, 对拱顶沉降、地表沉降、周边收敛的平均预测精度可以达到0.979 4. 该模型能够对隧道沉降变化过程进行有效的监测与预测, 对于隧道安全问题的监管具有重要的实际应用价值.     

基于PSI技术的芜湖市地面沉降时空特征分析

城市的沉降监测有利于了解区域实时高程,可为地质灾害与防护部门提供数据依据,避免因高程损失而带来的地质灾害。基于2016年1月至2017年12月共22景Sentinel-1A干涉宽幅模式影像数据,利用永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术以及合成孔径雷达差分干涉测量技术进行芜湖市地表形变监测,并分析研究区地面沉降的时空分布特征。空间上,阐述芜湖市地面沉降的整体格局,再以道路为专题,分析了道路的沉降分布格局。时间上,以时间为基线,逐月分析地面沉降部分在年内的具体变化。结果表明：空间上,芜湖市地面沉降主要集中在长江以东的范围,呈现出由西向东逐渐增加的趋势,长江以西呈现零星漏斗式沉降分布,其中,沉降累积量也与道路的密度与建设相关,道路汇集区与修建区域的沉降累积量较大;时间上,研究区整体沉降量各月变化较均匀,其中,沉降量变化范围在6月最大,10月与11月最小。     

ENVI SARscape高级雷达数据处理工具

合成孔径雷达（SAR）拥有独特的技术魅力和优势,渐成为国际上的研究热点之一,其应用领域越来越广泛。SAR数据可以全天候对研究区域进行量测、分析以及获取目标信息。InSAR技术可提取地形信息和地表形变信息,SAR及其干涉测量技术主要应用于地形数据（DEM）提取、地表沉降监测、滑坡／冰川移动监测、目标识别与跟踪、原油泄漏跟踪、作物生长跟踪、农作物产量评估、森林制图,以及洪水、火灾和地震的灾害评估等领域。     

基于PSI技术的芜湖市地面沉降时空特征分析

城市的沉降监测有利于了解区域实时高程，可为地质灾害与防护部门提供数据依据，避免因高程损失而带来的地质灾害。基于2016年1月至2017年12月共22景Sentinel-1A干涉宽幅模式影像数据，利用永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术以及合成孔径雷达差分干涉测量技术进行芜湖市地表形变监测，并分析研究区地面沉降的时空分布特征。空间上，阐述芜湖市地面沉降的整体格局，再以道路为专题，分析了道路的沉降分布格局。时间上，以时间为基线，逐月分析地面沉降部分在年内的具体变化。结果表明：空间上，芜湖市地面沉降主要集中在长江以东的范围，呈现出由西向东逐渐增加的趋势，长江以西呈现零星漏斗式沉降分布，其中，沉降累积量也与道路的密度与建设相关，道路汇集区与修建区域的沉降累积量较大；时间上，研究区整体沉降量各月变化较均匀，其中，沉降量变化范围在6月最大，10月与11月最小。     

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。     

雷达差分干涉测量技术反演含水层物理量

地下水的过度开采易引起严重的地面沉降,如何建立地下水开采量与地面沉降量之间有效的函数关系已成为目前研究的热点和难点。该文以华北平原天津区域为研究对象,采用短基线集时序分析技术,使用欧空局Envisat-ASAR数据,提取了变形时间序列。同时,基于渗流微分方程与含水层压缩土力学模型,通过融合InSAR监测结果与地下水位数据反演了地下水-地面沉降模型中的弹性、非弹性释水系数,并分析了地面沉降特征与地下水开采量发育情况。该研究提高了地下水-地面沉降预测模型在华北平原天津区域的实用性与预测精度,为今后天津市开展地下水开采控制、建立地下水可持续开采模型提供了基础。     

北京城区地表沉降监测与时空演化特征分析

地表沉降是我国平原地区的主要地质灾害,已经成为制约我国社会、经济可持续发展的重要灾种之一,是地理国情监测的重要监测内容之一。北京市作为我国首都,是拥有2000多万人口的特大型都市,城区人口密集,地下交通与市政管网发达,是重要的全国铁路公路交通枢纽,因此积极开展该地区地表沉降监测的研究与应用对城市的发展与安全具有重大意义。该文应用合成孔径雷达差分干涉测量DInSAR新技术之一的短基线集法,获取北京城区地表沉降的范围、时间序列累积沉降量和年平均形变速率等信息,针对监测结果进行了形变中心时空演化特征、影响因素的分析,为城市规划制定、国土资源开发及大型工程建设等提供参考依据,为政府部门掌握区域地面沉降的空间分布及变化规律、制定科学有效的沉降防控措施具有重要意义。     

基于时序Landsat数据的三江平原植被地表类型变化遥感探测研究

Landsat 卫星遥感数据具有分辨率较高,数据积累时间长的特点,在探测地表覆盖变化和地物分类中得到广泛应用。首先,对获取的Landsat TM/ETM+时间序列数据进行了定量化处理,获取了三江平原七台河市1989~2012年时间序列Landsat地表反射率图像。其次,设计了林地指数和湿地指数,提取了三江平原七台河区域地物光谱和时序特征,同时设计构建了地表覆盖分类和植被地表类型变化探测的决策树算法,实现了1989~2012年七台河区域的植被地表覆盖变化的动态监测,提取了森林覆盖变化的空间分布与变化时间。最后,对七台河区域地表覆盖与植被地表类型变化进行了精度检验,分类总体精度达到90.04%,Kappa系数达0.88。研究结果表明:基于定量化的Landsat时间序列数据的分类算法能克服单时相影像分类的缺陷,实现区域地物自动分类和地表覆盖变化的动态监测。
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