Integration of InSAR and GPS for hydraulic engineering

Interferometric synthetic aperture radar (InSAR) is a potential earth observation approach, and it has been demonstrated to have a variety of applications in measuring ground movement, urban subsidence and landslides. Currently InSAR provides the ability to map accurate DEM and measure ground deformation to sub-centimeter accuracy. However, many factors affect InSAR to measure ground movement since dam constructions are built in a large scale area with a complicated climate and unstable geology. This paper discusses potential applications of integrated InSAR and GPS to monitor a large-scale ground movement due to hydropower developments. The integration of InSAR and GPS can provide a cost-effective means for monitoring deformation of hydropower developments. Moreover, two novel methods, both the improved spatial interpolating method and estimation of 3D surface motion velocities method, are proposed and the experimental results and analysis are given in this paper.     

Quantitative study of atmospheric effects in spaceborne InSAR measurements

Atmospheric effects on interferometric synthetic aperture radar（InSAR） measurements are quantitatively studied based on a tandem pair of SAR data and a month-long continuous GPS tracking data obtained at six stations. Differential atmospheric signals extracted from the SAR data for two selected areas show apparent power law characteristics. The RMS values of the signals are 2.04 and 3.66 rad respectively for the two areas. These differential delays can potentially cause in the two areas peak-to-peak deformation errors of 3.64 and 6. 52 cm, respectively, at the 95% confidence level and Gaussian distribution. The respective potential peak-to-peak DEM errors are 123 and 221 m. The GPS tropospheric total zenith delays estimate indicates that a peak-to-peak error of about 7.8 cm can potentially be caused in a SAR interferogram with only 1 d interval at the 95% confidence level. The error increases to about 9.6 cm for 10 d interval. The potential peak-to-peak DEM and deformation errors estimated from GPS total zenith delay measurements are however quite similar to those estimated from InSAR data. This provides us with a useful tool to pre-estimate the potential atmospheric effects in a SAR interferogram before we order the SAR images. Nevertheless, the results reveal that even in a small area the atmospheric delays can obscure centimetre level ground displacements and introduce a few hundred meters of errors to derived DEM.     

GPS技术在变形监测中的应用综述

全球定位系统GPS（Global Positiming System）,以其连续、实时、高精度、全天候测量和自动化程度高等优点,对经典大地测量学以及地球动力学研究的诸多方面产生了极其深刻的影响,在工程及灾害监测中的应用也越来越广泛.然而,目前GPS在变形监测方面的应用也存在不足和局限性.本文首先对常规大地测量技术、特殊变形测量手段、摄影测量技术和GPS技术用于变形监测的现状及其特点进行总结,然后对目前GPS用于变形监测的模式、数据处理方法及其存在的问题作一介绍和分析,最后探讨GPS变形监测技术的发展趋势.     

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。     

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。     

InSAR技术在地质灾害早期识别中的应用

我国川西地区近年来发生多次7.0级以上地震,诱发大量震裂山体。震裂山体有着高位隐蔽性特点,对灾区人民的生命财产造成了极大威胁。InSAR技术对于识别潜在崩滑地质灾害有着较好的应用效果,本文采用InSAR技术与地表专业位移监测方法对杂谷脑河左岸进行地质灾害识别。研究结果表明:通过InSAR技术识别出该区域存在3处变形体,其中黄泥坝子滑坡在2017年8月10日产生整体滑动,西山村滑坡仍在蠕滑变形,裕丰岩变形体(疑似滑坡体)为蠕滑变形;通过地表专业位移监测结果,显示西山村滑坡变形趋势与InSAR结果一致,验证了InSAR结果的合理性;西山村滑坡体失稳后堆积体运动演化过程具有阶段性特征,即加速滑移阶段、减速滑移阶段、渐进稳定阶段。     

GPS技术用于短距离精密定位

随着ＧＰＳ定位技术的发展,ＧＰＳ定位在硬件和软件两方面都有了很大的进步,国内外早已将ＧＰＳ定位技术用于大范围,长距离的板块监测和地壳形变监测活动。但将ＧＰＳ技术用于短距离精密定位,例如形变监测,边坡滑移等方面还较少。文章讨论了ＧＰＳ技术用于短距离形变监测的有关问题,特别对在现有精度基础上如何进一步提高监测精度这一问题作了较为详细的分析。     

利用GPS高精度监测数据开展青藏高原现今地壳运动与形变特征研究进展

青藏高原由于所处大陆构造位置的特殊性,造就其成为全球现今地壳构造运动最为强烈的区域之一。青藏高原及其周边地区发育有多条深大活动断裂带,是强震易发区,同时也是研究大陆内板块构造运动机制的天然试验场。GPS以其时空分辨率高、覆盖范围广、观测精度高等特点,被广泛应用于地壳形变监测研究中。目前,通过已建立的中国地壳运动观测网络(CMONOC-Ⅰ)与中国大陆构造环境监测网络(CMONOC-Ⅱ)获得的GPS高精度地壳运动速度场,能够清晰地揭示青藏高原近20年来地壳构造运动与形变现状。通过系统总结利用GPS监测数据开展青藏高原现今地壳运动与形变特征的研究进展,回顾了用于监测青藏高原地壳运动的GPS数据来源与高精度数据处理方法及策略,探讨了不同参考基准对GPS速度场处理结果的影响,并分别从动力学和运动学两方面全面阐述了当前用于青藏高原地壳运动与形变分析模型。综合模型计算结果从浅部与深部两方面深入剖析了青藏高原现今地壳运动与形变特征,并从板块运动构造动力学机制角度详细解译了青藏高原现今区域动力学背景及其影响下的珠穆朗玛峰隆升机制。最后对利用GPS技术开展青藏高原地壳运动与形变监测成果作了概述总结,并进一步展望了未来青藏高原地壳形变监测研究的重要发展趋势。     

Monitoring mine collapse by D-InSAR

For harmful ground collapse and its special deformation characteristics,which causes SAR images to lose coherence,InSAR technology cannot be applied in monitoring surface collapse in mining areas.We took the Shenmu mining area in northern Shaanxi province as an example to study subsidence in mining areas and proposed an interpolated multi-view processing method.The results show that this method can improve the detectable deformation gradient to a certain extent and can become a good reference value for monitoring large scale gradient deformation.We also analyzed the rules for temporal decorrelation in mining.     

西南山区大型水电工程库岸滑坡InSAR早期识别与监测研究进展

我国西南山区大型水电工程大量建设于金沙江、澜沧江、雅砻江流域,但是这些流域复杂的地层、岩性、构造、水文等地质条件导致水电工程库岸滑坡灾害分布广泛,多发频发。合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术凭借其覆盖范围广、监测精度高、不受云雾遮挡等特点为水电工程库岸滑坡早期识别与监测带来了新的机遇,在近年来得到水电工程建设及库岸地质灾害防治相关领域的极大重视。基于此,对西南山区大型水电工程库岸滑坡InSAR早期识别与监测的应用概况进行了梳理,从研究时间、研究内容、研究对象等多角度进行了分析; 对水电工程库岸滑坡InSAR早期识别与监测技术的研究现状、研究热点进行了归纳与总结,揭示了以白鹤滩水电站为里程碑,水电工程库岸滑坡早期识别与监测目前已开始进入InSAR技术应用与研究的爆发阶段; 最后,探讨了水电工程全生命周期(蓄水前阶段、蓄水阶段、蓄水后阶段)对InSAR技术的不同应用需求与算法适用性。随着SAR数据质量提升与算法进步,InSAR技术必将常规化地参与到水电工程全生命周期库岸滑坡的识别与监测工作中,为水电工程库岸滑坡的早期识别、监测预警、触发机理研究及灾害防治等提供重要支撑,提升我国水电工程库岸滑坡地质灾害防治能力。     

MATLAB在开采沉陷预计可视化中的应用

采用VC 6 0面向对象技术来对预计点的移动变形值进行计算,先利用概率积分法来计算出工作面格网点的移动变形值,然后将其保存在数据文件中.针对地表移动和变形过程的特点和MATLAB强大的绘制和显示图形功能,将VC 6 0和MATLAB进行联编,实现了地表移动变形预计的可视化.     

排上村—75m以上岩层及地表移动与变形分析

通过有限元方法对东乡铜矿排上村 -75 m以上岩层及地表移动与变形分析 ,得出尽管伴随顶板岩层崩落过程 ,地表会产生较大的移动、开裂和其他变形 ,但岩层崩落不会达到地表的结论 ,并通过实践证明给出的结论是正确的 .     

InSAR同震形变场及其在震源参数确定中的应用研究进展

合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术是20世纪70年代发展起来的一种空间大地测量技术,具有全天时、全天候、高精度、广域覆盖的优势,自20世纪90年代以来在地震地壳形变监测研究领域得到了广泛应用,对地震发生机理研究具有重要意义。尤其是InSAR技术观测的同震地壳变形结果可以为分析发震断层几何学特征和动力学机制提供重要约束。随着InSAR技术的发展,如何获取可靠、多维的同震形变场,构建更加真实的正反演模型,是利用InSAR技术研究地震震源参数的关键。首先,综述了利用InSAR技术获取同震形变场的研究现状,总结了InSAR技术获取同震形变场的优缺点、InSAR技术获取三维同震形变的现状; 接着,回顾了地震震源参数正反演模型及方法的研究历程,包括从简单的弹性半空间位错模型到接近真实地球介质的数值模型,分析了不同反演方法和先验约束对结果的影响; 最后,从同震形变场分离、自动化InSAR数据处理与震源参数反演等方面进行了展望。综上所述,InSAR技术获取的同震形变场具有大范围、高精度的优势; 随着精细地壳介质参数的逐步确定,联合地震学技术方法,InSAR技术可以反演确定比较准确的地震震源参数。     

联合InSAR和质量守恒法估计西藏贡觉地区雄巴滑坡厚度

滑坡厚度是灾害风险评估和防控的关键参数。传统的滑坡厚度估计方法只能确定滑坡体局部稀疏点的深度,无法反映整个坡体深度分布情况,且存在探测成本高、效率低等问题。基于此,提出了一种联合合成孔径雷达干涉测量(InSAR)和质量守恒法估计平移式滑坡厚度分布的方法,并将其应用于西藏贡觉地区雄巴滑坡。使用时序InSAR技术分别计算Sentinel-1A升轨、Sentinel-1A降轨和ALOS-2升轨影像的一维雷达视线向(LOS)形变速度场,联合SAR成像参数与滑坡空间几何关系构建坡面坐标系,解算得到滑坡沿坡面的三维形变场; 在此基础上,联合InSAR三维形变场和质量守恒准则估计滑坡厚度。实验共收集了覆盖雄巴滑坡的140景Sentinel-1A升轨、138景Sentinel-1A降轨和12景ALOS-2升轨数据。结果表明:雄巴滑坡总运动面积约为5.33 km²,当流变参数取值0.5时,滑坡厚度为0～109.57 m,集中分布在9～73 m,滑坡体积约3.12×10⁸ m³,估算结果与现场测量结果一致。本文提出的方法可以获取滑坡连续的厚度分布情况,可为灾害风险评估、分析与预防提供关键性数据支撑。     

Subsidence control method by inversely-inclined slicing and upward mining for ultra-thick steep seams

Ultra-thick steep coal seam mining will inevitably lead to the increase of greater and violent ground subsidence and deformation. A subsidence control method by inversely-inclined slicing and upward mining is proposed in this paper. By this method, the sequence of collapse of overlying strata and the direction of propagation of strata movement are changed, the extent of roof-side deformation thereby is lessened, and boundary angle of roof-side subsidence is reduced by 5°–10°. The mechanism of this mining method for control of strata movement has been evidenced by numerical simulation and experiments with similarity materials. A subsidence prediction model based on the variation of mining influence propagation angle can be used to evaluate the surface movement and deformation of the mining method. The application of the method in No.3 Mine in Yaojie mining area has yielded the expected result.     

临淮岗洪水控制工程监测网数据质量分析

以临淮岗洪水控制工程GPS变形监测网实测数据为例,阐述全球定位系统（GPS）应用于水利工程变形监测的特点。采用多种平差方法对GPS变形监测网实测数据进行处理,并对平差计算数据质量进行了分析。结果表明,GPS观测的精度可以满足水利工程变形监测的精度要求,多项式拟合法适合于GPS变形监测网的数据处理。     

头眼运动研究方法及进展

眼睛是外界信息进入人脑的主要通道,眼睛的运动通常受头部运动的影响,头部运动会带动眼部运动.文中介绍了国际上流行的头眼运动设备,并简要概述了一种基于头眼一体化的测量系统;总结了国内外对眼部运动、头部运动研究的发展和方向,对头眼协调运动进行了阐述.详细分析并对比了头部运动的两种研究方法基于统计的头部姿态检测方法和基于注册跟踪的头部姿态检测方法;着重分析了近年来眼部运动在各个领域的应用及方法,证明了基于点Hough变换的瞳孔中心快速定位方法的可行性;并阐述了头眼协调运动的概念和方法.最后对头眼运动研究进行总结与展望.     

岩层移动与变形的反演计算模型

提出了一种利用地表移动观测站的观测成果直接计算岩层内部移动与变形的近似方法。在公式推导过程中，考虑了矿体倾角和地形起伏变化对岩层内部移动与变形的影响。     

镜像法在隧道施工土体位移计算中的应用

城市地下隧道的修建会引起隧道周围一定范围土体的位移,对土体位移进行较为准确的计算对于控制隧道周围土体位移量和减小过大土体位移对既有建筑物及管线带来的危害十分重要．本文根据地层损失的空间分布规律,应用镜像法原理,首次采用数值积分法,对隧道推进过程中由地层损失产生的位移场进行空间分析,得到隧道周围土体的位移场分布．计算表明,镜像法的计算结果与巴塞罗纳地下隧道、泰国Bangkok污水隧道的实测结果吻合良好．为计算隧道施工引起的土体位移提供了一种新的计算方法．     

地源热泵系统的模拟与设计

总结了近年来地源热泵系统的模拟和设计方面的研究和进展。首先给出了地源热泵系统各部件建模方面的进展 ,包括竖直埋管地热换热器、单井循环系统以及在地源热泵混合系统中采用的几种辅助散热装置。其次 ,讨论现场测定深层岩土热物性的技术。第三 ,介绍竖直埋管地热换热器的设计方法。最后 ,给出在设计地源热泵系统中采用系统模拟的几个应用实例