2016年门源地震的InSAR同震形变监测与断层反演

针对2016年1月21日发生于青海门源的Mw 5.9级地震震源参数的不确定性问题,利用了升降轨两个观测方向获取的Sentinel-1A影像,对该地震开展了差分干涉测量与同震形变分析,并基于Okada弹性位错模型进行了滑动断层反演。监测结果显示,地震引发的地表形变以抬升为主,LOS向局部最大抬升量超过6 cm。反演结果表明发震断层滑动以逆冲滑动为主并兼有走滑分量,集中分布于地下3~6 km范围内,断层走向约为134?,倾角约为45?,在地下5.1 km处出现接近1.5 m的最大滑动量,此次地震释放地震矩能量达9.07×1017 N?m,约合矩震级Mw 5.9。经比较,上述同震形变监测与滑动断层反演的结果和国内外相关地震学调查监测资料高度吻合,具有较高的精度和可靠度。该实验分析一方面验证了相关反演方法的可行性,另一方面也充分体现了C波段Sentinel-1A卫星数据在地震形变测量中的应用价值。     

南迦巴瓦峰地区地表形变的InSAR监测与分析北大核心CSCD

南迦巴瓦峰地区位于东喜马拉雅构造结的构造变形核心地带,地质构造环境复杂,地质灾害频发,加强对该地区的地表形变监测研究对当地防灾减灾和经济可持续发展有着重要意义。研究利用Sentinel-1卫星数据在该区域开展地表形变监测,通过PS-InSAR技术获得雷达视线方向(Line-Of-Sight, LOS)的形变速率分布与形变时间序列数据,并对地表形变的分布情况和2017年米林M6.9地震的同震形变情况展开分析与讨论。结果发现南迦巴瓦地区地表形变受新生代构造变形影响较大,研究区内的构造形变主要有同震、震后松弛形变和板块边界带的俯冲形变。雅鲁藏布江两侧变形差异较大,北侧呈缓慢的负形变趋势,南侧由于受到俯冲断裂的影响以较高的速率正形变。米林地震的同震形变呈现出西南盘负形变,北东盘正形变且西南盘形变量更大的空间分布特征。研究结果表明:InSAR监测技术可为青藏高原灾害监测和科学研究提供高时空分辨率的地表形变数据。     

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。     

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。     

FY-3C中分辨率成像光谱仪数据的窄波段地表反照率验证研究

地表反照率数据对地表能量平衡和全球变化研究具有重要意义。基于2014年FY-3C卫星250 m分辨率的反射率数据和角度数据,选取非洲及北美洲的4个区域作为研究区,采用RossThick-LiSparseR模型作为BRDF(Bidirectional Reflectance Distribution Function)核模型反演了地表窄波段反照率,得到250 m分辨率的4个窄波段黑空、白空反照率。将反演得到的FY-3C地表窄波反照率产品与MODIS反照率产品（MCD43A3）数据进行了交叉验证,结果表明：FY-3C窄波段反照率与对应MODIS窄波段反照率对比的均方根误差在0.01~0.04,平均偏差(MBIAS)为0.09,FY-3C窄波段反照率与对应的MODIS窄波段反照率在可见光波段、近红外波段有较好的一致性。本研究提升了国产风云极轨卫星的应用范围,可为FY-3C地表反照率业务化产品提供算法支撑。     

利用Sentinel-1A合成孔径雷达干涉时间序列监测陇东地区地面沉降变形

基于覆盖陇东地区同一轨道的97景Sentinel-1A卫星影像,在ISCE和StaMPS数据处理平台上利用PS-InSAR技术进行叠加数据处理,获得研究区自2014年10月至2019年5月的年平均地表LOS向形变场,并对形变场结果进行二维网格滤波处理,获取沉降中心的变化特征。研究结果表明：陇东地区主要存在两类形变,一类是由构造活动引起的地表形变,主要分布在海原断裂与六盘山东麓断裂转换区附近,跨海原断裂年平均形变约为1 mm/a,而六盘山东麓断裂附近断层无明显变形,鄂尔多斯块体内部变形微弱;另一类则是由人类工业活动,如煤矿开采、地下水开采活动等导致的地表沉降,主要影响区域为华亭矿区和宁正矿区,均呈现漏斗状沉降形态,年均最大沉降分别约为8 mm/a和30 mm/a。     

TerraSAR-X数据在淮南矿区沉陷监测中的应用

合成孔径雷达差分干涉测量(Differential Interferometic SAR,D-InSAR)技术可以快速、精确、大范围地监测地表形变,为矿区开采沉陷的监测和防治提供了有效手段。以安徽淮南淮河以北矿区为研究区,获取了3景高分辨率TerraSAR-X影像,分别利用二轨法、三轨法D-InSAR技术提取2010年11月22日~2011年4月25日的沉陷情况。结果显示:在这期间淮南矿区发生了大量沉陷,最大沉陷量为-71mm,位于丁集矿区;顾桥顾北矿区和潘集矿区的最大沉陷量约为-50和-45mm,两种方法提取出的沉陷区位置、形态与实际情况基本稳合,沉陷速率与相关研究大体一致,表明利用短时空基线的高空间分辨率TerraSAR-X数据能够对淮南矿区的地表形变量和形变范围进行高精度的监测。同时,将两种方法提取的结果对比分析发现,在缺乏精细DEM数据的情况下,三轨法在平原区的应用效果优于二轨法。     

升降轨SAR数据融合的地震形变场观测

鉴于D-InSAR方法在雷达视线方向上存在模糊现象而无法得到地表三维方向形变量的问题,利用升降轨雷达视线方向形变量和限定方程联合求解地震三维形变量的方法。该方法首先对干涉纹图特征进行分析,然后基于发震断层走滑分量较小的特点,将断层走向形变值假定为零作为限定方程,从而实现三维形变场的解算。以拉奎拉Mw6.3地震为例,实验结果与野外调查结果相一致,验证了该方法的有效性。     

面向地表形变高精度监测的GNSS-InSAR融合方法北大核心CSCD

GNSS-InSAR数据融合进行监测地表形变是目前地表形变监测领域研究的热点问题,传统GNSS-InSAR数据融合方法融合简单、不能动态地反映地表形变特点,导致数据使用不充分、形变特征精度低等后果。提出了一种新的基于InSAR校正值和卡尔曼滤波的GNSS-InSAR融合方法。根据时间序列的GNSS观测值和InSAR校正观测值的时空相关性,通过卡尔曼滤波对两种数据进行融合,得到更精确的地表三维形变结果。利用2018年11月15日至2022年6月3日103景Sentinel-1A数据和同期13个GNSS点位数据进行处理,实验结果表明:校正后的InSAR观测值与GNSS观测值经卡尔曼滤波融合结果比未校正的InSAR观测值与GNSS观测值融合结果精度高45%,比InSAR观测值精度高57%。因此,基于InSAR校正值和卡尔曼滤波的GNSS-InSAR融合模型提高了InSAR变形监测的精度,拓展提升InSAR应用范围的广度和深度。     

基于SBAS-InSAR技术的西宁地表形变监测

地表形变引发的地质灾害给自然环境和社会带来了巨大威胁,小基线集合成孔径雷达干涉测量（SBAS-InSAR）技术以其监测精度高、监测范围大和非接触等优势,成为地表形变监测的重要手段,为预防地质灾害发生、降低灾害损失,实现地表形变有效监测具有重要意义。利用SBAS-InSAR技术对青海省西宁市2018年1月7日至11月27日27景Sentinel-1A数据进行处理,得到西宁市地表平均形变速率分布图。与同期8个西宁南山GPS地面观测点比较,除一个点误差较大外,其余7个点均方根误差都在3 mm以内,证明了SBAS-InSAR监测结果的可靠性。SBAS-InSAR监测结果表明：山体滑坡是西宁市地表形变的主要形式,特别是沿互助北山和G6京藏高速公路一带滑坡运动尤为明显。实验首次获取了西宁市火车站东北滑坡灾害点定量形变数据,为分析该灾害点状况、保障西宁火车站安全运行提供有价值的参考。     

基于D-InSAR技术的淮南矿区地面沉陷监测

针对常规的通过大地水准测量、GPS测量监测矿区地面沉陷的技术存在监测周期长、成本高、无法全面监测等缺陷,提出了一种基于D-InSAR技术的矿区地面沉陷监测方法。以淮南矿区为试验区,采用两轨法D-InSAR技术,利用该地区2个时相的ALOS PALSAR数据获取了淮南矿区试验时间段内的地面形变图,分析了淮南矿区各矿的地面沉陷信息。结果表明,煤矿开采区存在5~25 cm不同程度的沉陷,与实际情况相符,因此,基于D-InSAR技术的监测方法可以作为一种获取矿区大范围的地表沉陷信息的有效方法。     

干涉测量技术在矿山塌陷和地面沉降监测中的应用

差分干涉测量（D-InSAR）技术，是合成孔径雷达（SAR）卫星应用的一个拓展。雷达图像的差分干涉图可用于监测cm级或更微小的地面形变，具有全天候、大面积监测地面沉降和矿山塌陷的优势。本文以武安矿山塌陷和沧州市地面沉降监测为例，介绍了这一新技术在灾害监测领域中的实际应用。     

Sentinel-1A SAR数据在缅甸伊洛瓦底江下游区洪水监测中的应用

星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)具有全天候、全天时、实时性和宽覆盖的观测优势,可以广泛应用于洪水灾情监测。2015年7月16日~8月12日,缅甸遭遇近40年罕见的洪涝自然灾害。为此,本研究基于灾前和灾中Sentinel-1ASAR的影像开展缅甸伊洛瓦底江下游地区洪涝淹没范围监测。首先通过分析水体和受淹植被区的雷达微波后向散射机理,分别建立了开放性水体和受淹植被两类淹没区提取模型;然后通过该模型利用灾前、灾中两期Sentinel-1A数据提取了2015年8月11日缅甸伊洛瓦底江下游地区特大洪水淹没范围;同时结合地表覆盖等地理信息,分析了淹没范围内的耕地受灾情况。结果显示,基于Sentinel-1ASAR数据本研究分别提取了伊洛瓦底江下游开放性水体和受淹植被两类淹没区。其中,耕地受灾面积达5 681.05km2,受灾严重。研究表明Sentinel-1ASAR在洪水灾害的淹没范围监测方面具有较大的应用潜力。     

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。     

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。     

基于SBAS-InSAR的关闭矿井地表形变规律研究

矿井关闭后,煤岩体在应力、地下水、氧气等多种因素的作用下发生风化劣化、强度降低,采动破裂岩体的应力和承载能力发生改变,易导致采空区地表发生二次形变。现有研究多是集中在矿区开采过程中的地表形变监测,而针对矿井关闭后的地表形变监测研究较少。为探明矿井关闭后地表的形变规律,利用2015-12-21—2019-12-24的62景Sentinel-1A影像,采用短基线集干涉测量(SBAS-InSAR)技术获取了徐州西部关闭矿井(包括庞庄矿、夹河矿和张小楼矿)4 a内时间序列的地表形变结果和形变规律。研究结果表明:3个矿区内地表最大沉降速率达-48 mm/a,4 a累计最大下沉178 mm;夹河矿地表呈现先下沉后抬升现象,而庞庄矿、张小楼矿地表持续下沉;4 a内3个矿区地表最大倾斜变形为1.70 mm/m,最大曲率变形为-0.039 mm/m 2;通过插值统计计算得到庞庄矿、夹河矿和张小楼矿地表形变大于10 mm的形变面积分别为10.5,13.7,11.6 km 2,且呈逐年上升趋势。     

干涉雷达永久散射体识别方法的对比分析

基于永久散射体的干涉测量技术可以克服卫星合成孔径雷达应用于区域地表形变探测所面临的时空失相关和大气影响.永久散射体的有效识别是干涉系统中的一个关键环节.本文对永久散射体的两种识别方法, 即相关系数阈值法和振幅离差指数阈值法进行了理论上的分析和实验上的对比.以上海市局部地区作为研究对象, 采用26幅欧洲空间局的ERS-1/2卫星C波段SAR影像为源数据, 使用两种识别方法分别进行了永久散射体的提取, 结果表明, 振幅离差指数方法具有更为稳健的抗噪能力.     

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。     

Sentinel-2A卫星大气校正方法及校正效果

针对Sentinel-2A卫星大气校正研究的不足,对Sentinel-2A大气校正方法进行介绍,并选取森林、水体、城市建筑物3种地物为研究对象,分析Sentinel-2A单波段通道大气校正前后反射率变化;以Landsat-8、高分一号(GF-1)为辅助数据,从3种传感器大气校正后均质像元反射率曲线、大气校正前后植被指数变化3个方面进行研究。结果表明:1)Sentinel-2A大气校正后,可见光通道反射率变小,波长越长,大气校正效果越不显著;近红外、短波红外反射率增加。2)大气校正后,3种数据源同种地物光谱曲线趋于一致,其中Sentinel-2A水体与植被光谱曲线更能反映地物特征。3)与Landsat-8相比,Sentinel-2A、GF-1WFV1大气校正后林地NDVI明显增大,Sentinel-2A高植被覆盖区增大,低植被覆盖区减小,最能反映植被特征;Sentinel-2ANDWI变化不如Landsat-8NDWI变化显著。     

资源一号02D可见近红外和高光谱影像辐射质量评价

资源一号02D(ZY1-02D)卫星搭载了我国自主研制的可见近红外相机（VNIC）和高光谱相机（AHSI）,是我国首颗民用高光谱业务卫星,具有广泛的应用前景。通过整体辐射精度、信噪比、清晰度以及信息熵4个评价指标,对ZY1-02D VNIC和AHSI数据进行辐射质量评价,并分别采用Sentinel-2 MSI和GF-5 AHSI数据进行对比。结果表明：ZY1-02D VNIC数据在可见光波段具有亮度高、信噪比高等优势;在红边近红外等波段,影像具有灰度范围大、信息量大的特点。ZY-1-02D VNIC数据在影像亮度、灰度范围、清晰度和信息量方面均优于Sentinel-2,二者信噪比近似。ZY-1-02D AHSI数据在395—1 341 nm范围内辐射质量良好;在1 929—2 501 nm范围,存在噪声严重的波段,影像质量较差。与GF-5 AHSI数据对比,ZY-1-02D AHSI数据的影像亮度和信噪比相当,但ZY-1-02D AHSI数据在灰度范围方面优势明显,且短波红外谱段的清晰度和信息量优于GF-5 AHSI数据。