雷达卫星遥感的遥感应用新技术研究

雷达卫星技术发展基于雷达的基本原理和技术,由于雷达卫星有全天候对地观测的能力且数据可用性挖掘能力强,成为遥感技术发展的热点和重点。为了能够增强对地观测性能和成像性能,发展了SAR和InSAR雷达卫星,通过SAR卫星影像可以快速构建高精度的DEM,通过InSAR卫星影像可以对地表形变和地震后的山体滑坡进行侦测和分析。同时,SAR/InSAR卫星影像还可以应用于自然灾害监测、水资源分析、林业和农业估产保护等,有着巨大的应用推广潜力。     

广域InSAR时序分析技术对华北平原地表形变的监测

基于2015—2019共4年的合成孔径雷达(SAR)卫星影像,提出一种广域合成孔径雷达干涉测量(InSAR)时序分析技术,对华北平原的地表形变进行高精度连续监测。首先对SAR影像进行干涉处理,得到干涉图。在此基础上,使用经过并行化改进的永久散射体技术斯坦福改进(StaMPS)方法,提取干涉图中所有永久散射体(PS)像元,获取研究区域全分辨率的时序形变信息。之后,使用大气模型校正法与共景叠加法相结合的联合大气校正方法,估计并去除形变信息中的大气噪声。经过上述处理流程后,成功地获取华北平原地表大空间尺度、长时间跨度、全空间分辨率和高精度的形变信息,进而监测到平原内部由长期地下水开采导致的高达100 mm/a的大范围强烈沉降信号。相较于既有算法,并行化StaMPS方法通过在多个计算节点之间的实时分配,节约至少60%的计算时间,联合大气校正方法则可以去除约74.3%的大气噪声项,有效性显著高于两种校正方法的单独使用效果。广域InSAR时序分析技术可以有效地实现对大范围地表形变的高精度连续监测。     

基于InSAR技术的地表形变监测

地表形变引发了一系列的地质灾害,因此,对地表形变进行监测显得尤为重要.卫星合成孔径干涉测量是一项极具潜力的区域地表形变监测技术,具有很好的优越性,应用前景广泛.介绍了地表形变及其带来的危害和SAR数据的基本处理流程等,并以BAM地震为例对InSAR技术在地表形变监测中的具体应用进行了讨论与分析.     

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。     

结合序贯平差方法监测地表形变的InSAR时序分析技术

基于短重访周期SAR卫星影像,对黄河三角洲地表形变进行高效和持续监测的SBAS-InSAR时序分析.首先对研究区已有的SAR影像集进行干涉处理,得到干涉图,并进行大气效应校正和轨道误差去除,然后利用传统的SBAS(small baseline subset)方法获取地表形变.在此基础上,当增加新的SAR数据时,采取渐进...     

基于D - InSAR的彬长矿区沉陷变形监测

差分雷达干涉测量(D - InSAR)技术能够监测沉陷区空间连续曲面的形变,具有精度高、连续监测、成本低等特点,是对现有矿区地表沉陷监测方法有益的补充.以陕西彬长矿区为例,根据获取的雷达影像图开展干涉测量的研究,将形变前后2幅干涉图相位差分得到地表形变,对照矿区的实际情况,分析去相干源影响,并对其误差作了简要分析.结果表明:D - InSAR技术,能够准确反映出矿区沉陷的位置和下沉程度,尤其在黄土高原,地质地貌条件比较复杂的条件下,更展示出D - InSAR技术在矿区地面沉降监测适用性、优越性和实用价值.     

PS-InSAR在南昌地表变形监测中的应用研究

利用2014-2018年覆盖南昌市区域范围Sentinel-1A卫星数据,采用PS-InSAR技术对南昌市主要的基础设施建设,如高铁、地铁、隧道、桥梁、高楼等地表形变情况进行计算、趋势分析与及时监测,为区域灾害提供预警与评估,及为地区规划与发展提供决策支持。PS-InSAR技术在地面沉降、自然灾害等地表形变监测方面已得到广泛的应用。就PS-InSAR在南昌地表形变监测的应用进行了探讨,并根据InSAR的特点,指出了InSAR的部分缺陷,给出了InSAR的使用局限以及今后的研究方向。     

D-In SAR技术在城市地表变形监测中的应用初探

合成孔径雷达差分干涉测量(D-In SAR)技术是近几年迅速发展的一种监测地壳形变的新型测量技术,它具有高精度、全天候、可以进行大范围城市地表变形监测等优点。本文介绍了D-In SAR技术的基本原理、D-In SAR技术在城市地表变形监测中的处理流程、探讨了制约D-In SAR技术监测城市地表变形精度的主要因素及其解决方法。     

联合时序SBAS-InSAR与GACOS的青岛胶州湾大桥形变监测与分析

为解决SBAS-InSAR技术在获取水汽饱和度较高的海滨城市地表形变信息受大气影响严重的问题,选用23景Sentinel-1A SAR影像数据,联合时序SBAS-InSAR技术与GACOS大气校正模型,监测得到2021年1月—2022年6月青岛胶州湾大桥的地表形变信息;利用线性模型和线性-温度模型分析了其形变特征及其温度影响。结果表明,桥梁整体的形变速率在可控范围之内,其地表形变过程是非线性的,与平均温度变化有较高的相关关系,线性-温度模型拟合的地表形变过程与联合时序SBAS-InSAR技术与GACOS大气校正模型监测的地表形变过程具有较高一致性,表现出了季节性变化规律。     

利用时序InSAR技术监测兰州市主城区地表形变

城市地表形变是城市发展进程中的阻碍因素,为监测城市地表形变,利用46景Sentinel-1A影像,通过短基线集干涉测量技术(SBAS-InSAR)对兰州市主城区进行监测,SBAS-InSAR技术是在传统的D-InSAR技术上发展起来的时序InSAR技术,可以监测长时间序列上高精度的地表形变结果。实验获得了2017年1月到2018年8月间的地表形变信息,结果表明兰州市区存在大范围的地表沉降,最大年平均沉降速率达到104.2mm/a,累积沉降量达到174.4mm,并对兰州市区内沉降区域分布范围和发展趋势做了总结。城区北部的沉降区域主要分布在新开发的居民区周围,形成了四大沉降中心区域,城区南部沉降最为严重的是七里河区,有多个区域的年平均沉降速率达20mm/a以上。     

基于时序InSAR技术的近距离多煤层参数反演方法

近距离多煤层开采引起的采空区地面沉降在当前工矿区沉陷中占有较大的比例,而天基InSAR技术在工矿区大范围形变监测方面具有显著优势.以2018年1月至2019年8月间的43景C波段Sentinel-1B SAR数据为基础,通过时序InSAR技术对近距离多煤层开采的康平煤田进行了大范围沉降监测.以Okada模型为基础,结合近距离多煤层分布特征,采用叠加理论的原则,提出了一种基于多源模型的近距离多煤层参数反演方法.通过定量计算弹性半空间下双源模型和三源模型近距离多煤层参数反演的精度,发现三源模型精度更高,更符合小康矿近距离多煤层开采的实际特征.本研究可以为基于InSAR技术的近距离多煤层开采沉降监测及参数反演提供参考.     

基于SBAS-InSAR技术的丹江口坝区地表形变监测与分析

丹江口水库是南水北调中线工程的水源地,地理位置极其重要.丹江口坝区是丹江口水库的核心区域,在长期使用过程中不可避免会发生形变,形变监测十分必要.然而传统的监测手段有很多限制,本文采用短基线集干涉测量(SBAS-InSAR)技术,将2017年3月12日至2018年3月19日的25景Sentinel-1A卫星SAR图像作为研究数据,开展以丹江口坝区为中心的大范围的地表形变监测研究.以研究区地表的形变量及形变趋势结果为依据,结合当地地形地貌及站点实测水文资料,综合分析该区域地表形变情况,并对丹江口大坝及坝区的安全性进行评估.研究发现:丹江口大坝周边150 km~2范围内的形变小于10 mm/a,在时间序列上呈现较为稳定的状态.     

利用Sentinel-1A 的时序干涉测量探测蒲县滑坡形变

利用覆盖山西蒲县地区的24景Sentinel-1A升轨影像,分别采用永久散射体雷达差分干涉测量(PS-InSAR)与短基线集雷达干涉(SBAS)技术对研究区域2019-01-2019-12的地表进行时序形变监测,获取蒲县地区疑似滑坡体位置、范围及滑坡速率,并对两种监测结果进行对比,深入分析滑坡隐患的可能性成因.结果 表明,两种时序InSAR技术采集的形变信息大致相同,蒲县大部分地区趋于稳定状态,年平均形变速率在-10 ～10mm/a;其中存在4处位置一致、形变明显的疑似滑坡点,分别是半沟村罗克线两侧、水泉窊015乡道附近、郭家山周边及井子洼村赵克路沿线.     

InSAR／GPS集成技术在常州-无锡地面沉降监测中的应用研究

精确监测地表形变是地面沉降防控工作中的重要内容,也是多年来该研究领域面临的难题．GPS和InSAR是近年来迅速发展起来的两种空间大地测量监测手段,在区域地表形变监测方面都显示出了各自的优势及良好的应用前景．文中根据二者技术特点,分析了InSAR／GPS集成技术监测地面沉降的方案可行性,并以常州-无锡地区为例开展了同步观测试验,利用GPS数据来建立大气改正模型,从而削弱InSAR干涉图像中大气影响,提高了InSAR形变量监测精度．     

基于多源时序InSAR的三峡坝区形变监测分析

自2003年三峡库区蓄水以来，水位的大幅上升和周期性变化，给三峡大坝及其周边环境的稳定性造成威胁，三峡坝区的形变监测一直备受关注.随着InSAR技术的不断发展，其在基础设施与地质灾害形变监测领域发挥着越来越大的作用.采用时序InSAR技术对获取的2015年—2019年L波段ALOS2 PALSAR2数据集和2015年—2022年C波段Sentinel-1数据集进行处理分析，发现三峡大坝与茅坪溪大坝存在与蓄水相关的周期性形变，振幅约为1.1 mm和3.2 mm，茅坪溪大坝左岸护坡、关门洞地区与银杏沱填埋区分别存在28、40、40 mm/a的显著形变.采用指数衰减模型对银杏沱填埋区形变过程进行拟合，结果表明填埋区可在2040年达到稳定状态。研究表明，InSAR技术有助于加深对地表形变的认识理解，为地质灾害治理与决策提供依据.     

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SAR影像的海洋溢油监测方法适用性分析

随着微波遥感技术的迅猛发展,利用SAR影像提取海洋溢油区域已成为监测海洋溢油的重要手段之一.首先介绍了利用SAR影像监测海洋溢油的基本原理并对主要监测方法进行适用性分析.在此基础上,利用SAR影像对珠江口担杆岛附近海面进行了海洋溢油的提取实验,并从提取精度与算法的消耗时间两个方面对各种监测方法对比分析.实验结果表明:人工神经网络法和最大类间方差法的提取结果较为接近,适用于大范围溢油监测.而马尔柯夫链法算法消耗时间长,但精度较高,更适用于实时监测溢油扩散这样的随机过程.     

基于InSAR的宁夏黄土丘陵区(西吉县)滑坡隐患早期识别

滑坡灾害突发性强,隐蔽性高,传统的排查手段已无法满足新形势下摸清地质灾害风险隐患底数的要求。随着雷达观测数据精度与质量的发展,合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)成为监测地表变化的有效手段。利用InSAR技术对宁夏黄土丘陵区固原市西吉县进行面状监测,获取了2019年12月25日—2020年1月18日内的形变结果,结合光学遥感影像目视解译对潜在滑坡隐患进行综合遥感识别,共识别出8处隐患点,经实地核查验证,与实际情况吻合。结果表明：InSAR技术在该地区具有很好的适用性,可为当地防灾减灾行动提供数据参考,并为黄土丘陵区滑坡隐患早期识别提供方法借鉴。     

基于时序InSAR技术的芜湖市长江大桥一桥变形监测与分析

为保障人民群众生命财产安全,建立健全桥梁监测体系,以芜湖市长江大桥一桥为例,利用SBAS-In-SAR(Small Baseline Subset InSAR)技术处理2018年7月至2019年10月的Sentinel-1A数据,并将InSAR监测结果与桥梁上主桥的挠度仪进行对比.结果表明,桥面整体形变范围在13 mm以内,桥梁构件的沉降变化在时间上表现出一定的季节性变化规律.其中西侧简支梁桥在冬季呈现沉降趋势,在夏季呈现抬升趋势;位于东侧的斜拉桥部分在冬季呈现抬升现象,在夏季呈现沉降现象.针对这一现象,分析了测点形变量与温度之间的关系,其中西侧桥面形变与温度成正相关,东侧桥面形变与温度成负相关,并进一步根据监测数据建立了桥梁温度-竖向位移模型.研究结果证实了InSAR监测微小形变的可能性,可为对桥梁等大型工程监测提供数据.     

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.