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PS-InSAR的天津地区沉降监测及分析

城市地面沉降监测是保障城市安全建设和健康发展的重要手段之一,而传统的沉降监测方法无法大尺度反映地面形变信息。针对近几年天津地区出现大面积沉降现象,利用Sentinel-1A数据基于永久散射体干涉测量技术开展城区大范围沉降监测研究并分析了地面沉降原因。结果表明：近年来天津地区多处出现地面沉降,严重沉降区集中天津的武清区、北辰区以及郊区乡镇结合区域的王庆坨镇、胜芳镇、左各庄镇、静海镇以及大寺镇,其最大沉降漏斗位于王庆坨镇,沉降速率为-63.2 mm/a。经分析发现天津地面沉降与地下水过度开采、大型工业区的迁移和建设以及活动断裂带地质活动有关。     

基于PS-InSAR的天津地区沉降监测及分析

城市地面沉降监测是保障城市安全建设和健康发展的重要手段之一，而传统的沉降监测方法无法大尺度反映地面形变信息。针对近几年天津地区出现大面积沉降现象，利用Sentinel-1A数据基于永久散射体干涉测量技术开展城区大范围沉降监测研究并分析了地面沉降原因。结果表明：近年来天津地区多处出现地面沉降，严重沉降区集中天津的武清区、北辰区以及郊区乡镇结合区域的王庆坨镇、胜芳镇、左各庄镇、静海镇以及大寺镇,其最大沉降漏斗位于王庆坨镇，沉降速率为-63.2 mm/a。经分析发现天津地面沉降与地下水过度开采、大型工业区的迁移和建设以及活动断裂带地质活动有关。     

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。     

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。     

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。     

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。     

北京市典型地区地面沉降空间格局分析

针对区域地面沉降空间演化格局分析较少问题,选用小基线雷达干涉测量技术(SBAS-InSAR)获取了北京典型地区的地面沉降数据,并利用全局Moran′s I和局部Moran′s I指数对研究区地面沉降格局特征进行分析。结果表明,研究区地面沉降速率最大值为-110mm/a,中部、东南部沉降严重,其他地区相对轻微;该区域地面沉降全局空间自相关十分显著,全局Moran′s I指数达到了0.8(p=0.001),局部空间格局包括3个亚区,分别是高集聚区、低集聚区以及非相关区;热点分析结果表明地面沉降存在过渡带,过渡带不仅是地面沉降的未来发展方向,同时还存在不均匀地面沉降,是未来地面沉降防治的重点关注区域。     

基于SBAS-InSAR技术的围填海区域地面沉降监测

以围填海活动为代表的沿海快速城市化过程,是引起地面沉降的重要影响因素之一.研究聚焦沿海围填海活动热点区域广州市南沙区,使用2015年6月～2018年4月共34景Sentinel-1数据,应用SBAS-InSAR技术,揭示了南沙区在研究时段内地面沉降的时空变化格局及演变特征.结果表明:①南沙区整体呈现持续沉降的趋势,沉降...     

Land Subsidence Monitoring in Tianjin with PS-InSAR Technique based on Sentinel -1 Data

Land Subsidence is one of the most important geological hazards in many areas. In order to prevent disasters caused by land subsidence efficiently, 24 Sentinel-1A images covering area of Tianjin are choosed from 2015 to 2018. Based on Persistent Scatterers InSAR technique, the results of land subsidence for three years are extracted using the precise orbit data and TanDEM-X DEM and compared with the monitoring results of SBAS (Small Baseline Subset) method. Combined with land use types, hydrogeological and traffic data, the characteristics and formation reasons of several subsidence areas are analyzed. The experimental results show that: (1) In recent three years, the land subsidence in Tianjin urban area is relatively slow, with an average speed of less than 8 mm/a. However, suburban land subsidence is still serious with an average speed between 50 mm/a~70 mm/a. The most serious land subsidence area was Wangqingtuo Town in Wuqing district, the total land subsidence was over 200 mm. And there is a trend of connectivity in these subsidence areas. (2) Land subsidence and the falling of groundwater levels have a very high spatial correlation and the difference between the cumulative shape variables obtained by the two methods of SBAS and PSInSAR is less than 5 mm. The results of this study can provide data support for the government of Tianjin.     

Reduced rate of land subsidence since 2016 in Beijing,China: evidence from Tomo-PSInSAR using RadarSAT-2 and Sentinel-1 datasets

ABSTRACT

Land subsidence associated with groundwater extraction in the city of Beijing, China, has been a problem for decades. Remote sensing has been used extensively in prior studies to monitor subsidence in Beijing. However, given recent changes in precipitation and groundwater management, there is an urgent need to update the subsidence record and to evaluate whether the long-term spatiotemporal patterns of subsidence have changed. This study therefore investigates the recent spatiotemporal patterns of land subsidence in Beijing by tomography-based persistent scatterer interferometry SAR (Tomo-PSInSAR) technology, using 39 RadarSAT-2 images from 2012 to 2015 and 33 Sentinel-1 images from 2016 to May-2018, and drawing upon Geographic Information System (GIS) spatial analysis methods. Vertical ground deformation rates in Beijing were found to range from ?176.2 to +12.3 mm year^?1 from 2012 to 2015, but subsequently decreased to ?119 to +8 mm year^?1 from 2016 to May 2018. Three spatial scale of subsidences are evident: At the metropolitan regional-scale, the total area of subsidence area is about 1235.2 km², and comprises four main subsiding regions, located in the northern and eastern parts of the city. More than 85% of the subsiding area is located between the Fifth and Sixth Ring Roads. At a more local scale, eight main subsidence bowls are characterized by different patterns of subsidence. Some of the subsidence bowls are separated by active faults. Time-series data of the displacement show that the decreasing subsidence rate after 2016 could be due to the 1 m rise in mean groundwater level from the end of 2014 to mid-2018. This change in groundwater level is likely due to an increase in precipitation since 2016, and water transfers, which reached 2.3 × 10⁹ m³ by 2017 from the South-North Water Transfer Project. At the scale of individual infrastructure projects, the Beijing subway, main roads and the Capital Airport all show severe uneven subsidence, which is a cause for concern. To our knowledge, this research is the first study using satellite SAR remote sensing methods to document the change in the land subsidence rate of Beijing. Starting in 2016, the rate notably declined, suggesting that subsidence mitigation strategies are beginning to have an effect.     

基于D-InSAR技术的唐山万达广场地区沉降监测及其安全性评价

唐山市万达广场南边为煤矿区,由于开采引起的地面沉降,直接影响到城市建筑物的安全,因此,采用D-InSAR形变监测手段获取煤矿区及周边地区的沉降时空分布特征显得尤为重要。收集了2004年～2008年唐山市万达广场及周边地区的3景ENVISAT ASAR数据,使用合成孔径雷达差分干涉测量(D-InSAR)技术来研究地面沉降对万达广场建设及周边地区的影响,获得了两期地面沉降结果,并将结果结合GIS技术对广场的建设进行安全性分析。实验结果表明:唐山煤矿地下开采引起的地面沉降从2004年开始没有再向万达广场的方向扩展,所以不会影响万达广场的建设,从而保证了广场的顺利建设和周边地区安全、有序的发展,也进一步验证了D-InSAR技术在煤矿区地面沉降监测中应用的可行性。     

Land deformation monitoring using coherent target-neighbourhood networking method combined with polarimetric information: a case study of Shanghai,China

In this article, an advanced approach for land deformation monitoring using synthetic aperture radar (SAR) interferometry combined with polarimetric information is presented. The linear and nonlinear components of the deformation, the error of the digital elevation model (DEM) and the atmospheric artefacts can be achieved by a coherent target (CT)-neighbourhood networking approach. In order to detect recent land deformation in Shanghai, China, 12 ENVISAT advanced synthetic aperture radar (ASAR) alternating polarization images acquired from January 2006 to August 2008 are employed for deformation analysis. Over a 2.5-year period, two deformation velocity fields from HH and VV modes over Shanghai are derived using the CT-neighbourhood networking SAR interferometry (InSAR), then integrated into a final deformation map by a fusion scheme. It is found that the annual subsidence rates in the study area range from??20 to 10 mm year^?1 and the average subsidence rate in the downtown area reaches??7.5 mm year^?1, which is consistent with the local government statistics published in 2007.