基于多轨道SBAS方法的露天矿高陡边坡形变监测

面向深凹露天矿形变监测,利用三组Sentinel-1数据对鞍钢集团大孤山铁矿进行小基线子集分析,研究了一种基于地形特征的坡向位移求解方法,将三组卫星视线(line of sight,LOS)方向形变转换为坡向位移.三组监测结果均与实测数据存在较高一致性,且与矿区降水量变化存在相关性.大孤山铁矿矿坑的形变区域主要集中在西北帮.研究表明:岩体结构、岩性与降水是影响露天矿坑边坡稳定性的主要因素.多轨道小基线子集法可作为常规监测手段来监测深凹露天矿潜在的形变,为防灾减灾、安全生产提供技术支持与依据.     

基于SBAS技术的天津市地面形变特征分析

地面沉降是一种普遍存在的地质灾害,天津是我国地面沉降较为严重的城市之一,对地面形变特征的研究,有助于了解地面沉降分布,合理进行城市规划。基于覆盖天津地区的Sentinel-1升轨和降轨数据,使用改进的小基线时序干涉测量方法获取卫星视线向（line of sight,LOS）向形变速率场,针对沿海地区大气影响严重等问题,引用InSAR通用大气校正在线服务（Generic Atmospheric Correction Online Service for InSAR , GACOS）模型去除大气误差影响。从获取的天津地区形变速度场可以看出,天津市区内形变量相对较小,市区周边的静海区、西青区存在一定的形变漏斗,最大LOS向形变量约-40mm/a;武清区和北辰区形变量最大,有一个范围和形变量级都较大的形变漏斗,形变漏斗中心为武清区王庆坨镇,其最大LOS向形变量在升轨和降轨结果中分别为80mm/a和99.2mm/a,结合该区域土地利用情况,发现主要是由于产业园密集建设,导致工业和生活用水过度导致地下水超采。从形变结果可以看出,后续需要对存在形变漏斗的区域进行科学用水管理和合理城市规划,从而有效改善区域形变的影响。     

工矿区地表沉陷D-InSAR监测试验研究

基于差分合成孔径雷达干涉测量(D-InSAR)中相位构成因素的分析,选择中国东部典型工矿区(唐山市及开滦矿区)为试验区进行了矿区地表沉陷D-InSAR监测试验研究.利用该地区1997-1998年两个时相获取的5景ERS1/2卫星SAR单视复数据(SLC),分别采用“2轨法”和“3轨法”进行差分干涉处理,得到了间隔时间超过半年的地下采矿及采水引起的雷达视线向(LOS)形变图.通过将LOS形变图转换成地表下沉分量,分析了试验区沉陷的扩展及演变过程.在此基础上,对D-InSAR技术中存在的时间去相干、空间去相干等误差因素进行了分析和讨论.试验表明:作为数字矿山的关键技术之一,可以利用多时相D-InS...     

基于方差分量估计的InSAR三维形变估计

InSAR因其具有全天候、全天时的工作能力,能够实现实时动态监测,具有较强的穿透能力,已经成为获取地球空间信息的重要手段,它不仅能快速测量各种比例尺的地图,而且在环境监测、防灾减灾等领域也发挥着日益重要的作用,尤其是在监测地表形变获取全球高程方面有着显著的效果。然而,InSAR技术仅对地表一维(雷达视线向,LOS)形变敏感,而我们关心的是发生在三维空间框架下的真实形变,这一缺陷使得InSAR形变监测的广泛应用受到了极大的限制。应用经典的赫尔默特方差分量估计来融合不同平台、不同轨道的InSAR观测值,使形变从一维扩展到三维的精度结果更加准确。使用了PALSAR升轨和ASAR升降轨三个平台的数据,以研究区域内的GPS连续观测站观测的三维形变速率为形变真值,内插了实验区的三维形变速率,模拟出了的InSAR的观测值,并对其进行了方差分量估计,确定了合理的随机模型,最终反演了该三维形变。该结果相对于各平台等权处理反演结果,在精度上有了很大程度的提高。     

基于时序InSAR的矿区滑坡前地表运动特征分析

根据矿区滑坡前地表变形的遥感监测方法,提出了不同轨道SAR(synthetic aperture radar)数据集监测结果可靠性的判别依据,并对诱发矿区滑坡的因素进行分析.以鞍山市鞍千哑巴岭露天采场边坡为研究对象,基于44景Sentinel-1雷达影像(两组升轨和一组降轨),利用时间序列InSAR方法分析了采场边坡在2019年11月25日滑坡前约6个月的地表运动特征.结果表明,不同轨道数据集针对同一研究区域所获取的监测结果具有差异性,滑坡区域顶部后缘位置在发生滑坡前的一段时间范围内(约45d)呈异常强烈的加速变形现象.研究成果将为今后利用InSAR技术早识别矿区易滑坡危险区提供新的思路.     

利用结合土地覆盖类型的自适应DS-InSAR方法监测矿区地表形变

针对传统时序InSAR技术在测量点选取过程中多采用全局单一阈值,在受时空失相干影响严重和短时间内形变梯度较大的矿区容易出现测量点稀疏且空间采样不足,因而无法获取矿区地面沉降完整信息的问题,以覆盖大同矿区的22景ALOS-1数据为例,利用结合土地覆盖类型的自适应DS-InSAR方法(ADSI-CLC)获取该区域长时间序列地表形变信息。ADSI-CLC方法形变测量结果的时空分布模式与StaMPS-SBAS方法具有相似性,且与高分辨率光学遥感影像上的采矿设施保持良好的空间相关性。ADSI-CLC方法可以显著地提高测量点的数量和空间分布密度,在研究区识别出的DS点数量约是StaMPS-SBAS方法的4倍。两种方法的测量结果在无形变和小形变区域吻合程度较高;在大形变区域,StaMPS-SBAS方法无法有效地获取形变结果,而ADSI-CLC方法由于测量点数量的增加,反演得到的形变测量结果基本上符合由采矿活动造成的漏斗状的空间分布特征,间接地验证了该方法在矿区地表形变监测中的可靠性和有效性,证明ADSI-CLC方法能够提供更详细的时空形变细节信息,更好地服务于矿区地表稳定性的监测和预警。     

某钻井水溶开采矿区地表形变D-In SAR监测精度分析

为了研究矿区地表形变以及沉降漏斗的生成机理、过程和趋势,获取沉陷发展规律,以及时采取有效措施进行生态重建,采用D-In SAR对某钻井水溶矿区进行了监测。选取某钻井水溶矿区地表2015-2017年Sentinel-1A影像构成2个干涉影像对,进行地表形变监测。在SAR Scape软件平台,针对D-In SAR干涉影像的基线误差、大气误差和地形误差等,通过干涉影像对配准、基线估计、滤波去噪和相位解缠,获取矿区地表形变图;借助ArcGIS空间分析工具和MATLAB软件,与水准测量数据进行叠加,分析沉陷区域的空间动态分布。然后进行D-In SAR形变数据和矿区水准沉降监测精度、相关性和误差源分析。研究结果表明,精细化D-In SAR监测与水准观测的形变趋势一致,达到了水溶矿山地表沉降体积的获取精度要求。     

基于SABS-InSAR的保德矿区地表形变监测与分析

煤炭开采是保德县的主导产业,长期高强度的矿产资源开发导致矿区内地表发生了不同程度的形变,地质灾害频发,对进一步采矿作业造成了极大的安全隐患,破坏了当地的生态环境。为了进一步探究矿区地表变形的时空分布变化规律以及地表形变的驱动因素,利用SBAS-InSAR技术对覆盖研究区的32景Sentinel-1A影像数据进行处理,得到了保德矿区2020-06-24—2022-09-13期间的地表形变信息。在监测时间段内,研究区整体以沉降为主,形成多处由中心向四周发展的漏斗状下沉区域,主形变区内形变量与时间大致呈线性关系。依据计算得到的形变结果将保德矿区划分为6个重点研究区,以5号重点研究区中的泰安煤矿为例,通过分析其工作面的采掘工程,得出以下结论：(1)煤矿地表并未达到稳定状态。(2)发生地表形变的区域与工作面空间分布相吻合。(3)作为矿区形变的主要驱动因素,随着采矿工程的推进,主形变区域的范围和沉降速率将会进一步增大。研究区内的地质构造和地层岩性对研究区整体形变的趋势和范围起到一定的控制作用,断层两侧上盘、下盘的相对运动以及不同区域地表的可压缩层厚度差异均对地面的形变速率有一定的影响。通过叠加对比...     

基于多段式开挖的全尺模型边坡位移分析

根据现场勘察发现,底部开挖对边坡稳定性易产生不利影响,从而引起滑坡等地质灾害的发生。本研究对全尺寸模型边坡下部多段式开挖进行实验分析,建立了一种基于位移分析的边坡稳定性评估方法。模型实验中在边坡的上部和下部共计6个点测量边坡向上和垂直于坡面的位移,研究结果表明:在所有测量点都崩塌前,沿坡面方向会位移迅速增加;坡面垂直方向上多点的位移趋于定值,但也存在单调增加的点;研究中使用坡向和垂直向位移作为分矢量,再进行合位移分析,出现了边坡开挖后从发生蠕变至坍塌的过程中,坡向位移增大而合位移几乎不变的结果。综上所述,相对于单纯坡向位移,合位移的变化量是分析挖掘引起边坡失稳的重要指标。     

融合多种差分干涉测量的矿区地表形变监测

为解决时序短基线集差分干涉测量技术(SmallBaseline Subset-InSAR,SBAS-InSAR)无法准确估计煤矿沉降中心形变值的问题,通过融合合成孔径雷达差分干涉测量(Differential InSAR,D-InSAR)和SBAS-InSAR技术研究了测量矿区地表形变的监测方法。利用25景Sentinel-1数据,根据基于相干性系数的D-InSAR方法和结合永久散射体合成孔径雷达干涉测量(Persistent Scatterer Interferometric Synthetic Aperture Radar,PS-InSAR)的SBAS-InSAR方法分别生成研究区域的形变图,并借助Kriging插值法,将前者方法所得结果填补于后者方法所获形变结果,完善矿区形变中出现的空缺值,从而更为准确地估算矿区地表形变结果。此外,沿着开采面的横纵剖面详细分析典型矿区的形变结果,并绘制地表形变剖面曲线,以此剖析矿区沉降漏斗的演化过程。最后,为了定量说明该方法的可靠性,将矿区形变结果和水准测量数据进行误差对比,并将标准差和均方根差作为矿区形变结果精度的评定指标。结果表明：相干性系数图整体质量较优,研究区域中最大累积沉降量可达176.39mm,年均沉降速率最大可达-103.82 mm/y。通过本文方法得到的形变结果和水准处理数据基本一致,且误差均小于13 cm,监测精度满足煤矿开采相关测量技术要求。     

利用回归分析法研究矿区地表形变

为了减小由煤矿地下开采引起的地面沉陷对人们生命财产造成的危害,对某矿区采煤引起的地表变形进行了预测。本研究采集了该矿区2011-03—2012-03实际的监测数据,采用回归分析方法对该矿区进行了研究,并对矿区地表形变进行预测。预测结果与地表实际的沉降情况非常接近,说明采用回归分析法可以对矿区变形进行短期预测。     

东昆仑断裂玛尼段震间形变场的INSAR观测及断层滑动率初步估计

利用干涉雷达方法(INSAR)产生跨越1997年11月8日东昆仑断裂玛尼地震(Mw7.5)主破裂位置的震间视线向(LOS)形变场,形变的时间跨度为1.63 a,距玛尼地震发生前71 d.通过消除卫星轨道相位误差、相位解绕误差,以及部分大气水蒸气延迟作用引入的相位误差,获得了较高信噪比的INSAR震间形变场.从形变场中选取垂直断层的一条220 km长、11 km宽的形变剖面,求得与断层平行的地表水平形变量和形变速率;再从上述剖面选取主要反映构造形变的部分(115 km),结合玛尼地震同震反演结果,基于反正切弹性位错模型反演断层的锁定深度和断层滑动速率.结果表明,若断层闭锁深度为18 km,得到的玛尼段震间滑动速率为(10.2±0.4)mm/a,与地质观测比较一致;同时没有发现任何震前断层形变突然加剧的迹象,"形变前兆"说不成立.     

结合SBAS-InSAR与光学遥感的矿区地表塌陷监测

针对矿区地表塌陷过程中难以获取全面的形变信息问题,本文以河南某采煤塌陷区为研究区,首先,基于多源多时相光学遥感影像采用综合归一化差异水体指数提取开采塌陷区积水的空间展布情况;然后,利用SBAS-InSAR技术处理63景2017年3月19日至2021年4月27日Sentinel-1A影像,获取研究区地表形变信息。结果表明：2010-2019年间年均塌陷积水面积新增幅度基本平稳,2019-2021年间年均塌陷积水面积新增幅度减小;研究区最大形变速率为-60.42 mm/a,形变速率小于-15mm/a区域均有煤矿井工开采作业。本文方法有效的提取了开采塌陷区较长时期内地表形变信息和空间展布情况,为矿区地表塌陷监测提供新的思路,形成了一套有效的矿区地表塌陷监测工作方法和流程,提高了遥感技术在矿区地表塌陷宏观、快速、准确监测的目的,为矿区塌陷修复和生态环境治理提供基础数据支撑。     

昌都芒康帕学岗特大岩质滑坡局部复活特征

古滑坡复活是青藏高原东缘横断山区典型的地质灾害形式之一,昌都市芒康县帕学岗村一处古滑坡堆积体局部发生复活,通过InSAR形变分析、遥感影像解译和野外调查复核,进行滑坡堆积体局部复活特征的研究,评价其现今的变形特征和可能的失稳模式.结果显示:帕学岗滑坡堆积体上局部复活滑坡的主要形变特征为坡体中下部的蠕滑变形,InSAR的LOS方向平均形变速率达到21 mm/a,最大形变速率40 mm/a.滑坡堆积体存在沿新滑面滑动失稳的可能.相关结果可为复活滑坡的现状评价以及防灾减灾工作提供支撑.     

利用升降轨Sentinel-1 A影像提取2017年九寨沟Ms 7.0地震同震形变场

2017年8月8日,四川省阿坝州九寨沟县发生M_s 7.0地震。其诱发因子主要是巴颜喀拉板块强烈运动,使得青藏高原板块向东运动,把能量从塔藏断裂释放出来,导致了地震的发生。由于九寨沟景区内植被密度大,地形复杂,给常规的测量方法提取形变场造成了很大的困难。因此,利用D-InSAR(interferometric synthetic aperture radar)技术,采用欧空局Sentinel-1A升降轨SAR影像,分别对升降轨影像对进行数据处理,并对结果进行交叉验证分析,从而获取了九寨沟地震的较为精确同震形变场。结果表明:形变场的分布呈不规则的"核仁型",长约24 km,宽约29 km,呈现出由西北向东南的走向。视线(line of sight, LOS)向形变的极值分别为降轨11.2 cm、升轨22.4 cm,形变量级较大。     

煤矿单基站CORS系统建设及应用

为便于快速获取兖矿集团本部所辖矿区范围内的各类地表形变信息,借助GNSS、计算机、无线通信、网络等先进技术,进行了煤矿单基站CORS系统的建设。以已知控制点观测、铁路桥沉降观测、村庄沉降观测为范倒,进行了基于单基站CORS系统妁实时动态定位（RTK）应用测试,通过与传统测量数据的精度对比,验证了CORS系统在矿区地表形变测量中应用的可行性及有效性。     

任意坡向辐射日总量最热坡度的解析研究

首次用解析的方法完整地研究了任意坡向的坡面相对于天辐射日总量的最热坡度问题，建立了任意坡向的坡面相对于天辐射日总量的最热坡度解析模式．研究表明，当坡面日出日没时角的配置关系和水平面或非水平面日出日没时角相同时，存在相对于坡面天辐射日总量的最热坡度，而其余时角配置关系则不存在相对于坡面天辐射日总量的最热坡度．当存在相对于坡面天辐射日总量的最热坡度时，最热坡度可解析地求得．南、北坡的最热坡度计算公式是任意坡向最热坡度计算公式的特例．     

基于SBAS-InSAR技术钢桁梁结构桥梁形变信息提取与分析

针对传统桥梁监测技术监测时间不连续、只能依靠现有监测数据分析桥梁形变的问题,以南京大胜关长江大桥为研究对象,利用SBAS-InSAR技术获取2018—2019年的桥梁形变结果,以桥梁形变结果中的平均形变速率和LOS向时间序列形变量为输入集,分别构建BP神经网络时间序列模型来预测桥梁的形变量。结果表明：平均形变速率预测模型和LOS向时间序列形变预测模型的预测值与InSAR观测值之间的平均绝对误差分别为1.54、1.28 mm,均方误差分别为1.81、1.34 mm,均方根误差分别为1.81、1.53 mm,表明时间序列形变预测模型的可行性,为未来的桥梁形变预测提供了有力支撑。     

时序InSAR大范围地表形变监测的关键问题分析

地表形变作为一种缓慢变化且不可逆转的环境地质现象,具有覆盖范围大的特点.受SAR影像幅宽限制,单幅SAR影像显然无法满足区域性地表形变监测,如何实现大范围地表形变监测成为当务之急.长条带时序InSAR监测与多轨道InSAR监测成果的拼接成为大范围地表形变监测的有效手段,但面临计算效率、误差传递以及坐标系与基准不统一等问...     

联合slipBERI与D-InSAR技术的青海省玛多县地震形变场提取与模拟

针对2021年5月22日青海玛多县Ms7.4地震震区形变信息、形变特征以及滑动断裂特性的提取与模拟等问题,获取了玛多县地震区的Sentinel-1A影像,采用双轨差分干涉法,并优化各项参数,提取出同震形变场,利用slipBERI(slip from Bayesian Regularized Inversion)方法对断层的几何参数及形变场进行反演和模拟。结果表明：玛多地震同震形变场的形状近似于一个椭圆,断层整体呈西北-东南走向,其上部为沉降区,下部为隆升区,最大LOS(line of sight,视线向)形变分别为0.65m和0.81m。地震形变场的运动主要以东西方向的水平运动为主,并伴有明显的左旋走滑,断层上下方相对视线向运动可达1.50m,表明此次地震的地表破裂有明显的错位移动。通过分析形变信息和地表破裂特征,可以判断该破裂带位于巴颜喀拉块体,为昆仑山口-江口断裂,反演结果与观测结果相符,这表明观测结果较可靠。