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。     

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。     

金沙江下游永善段隐蔽性滑坡隐患综合遥感识别

隐蔽性滑坡隐患是金沙江下游最普遍的地质灾害发育形式,具有隐蔽性强、突发性强、高位远程运动等特点。近年来,特大山区隐蔽性滑坡灾害案件频繁发生,对人民的生命财产造成了极大威胁。如何突破传统地质灾害调查手段的局限性、滞后性,提前有效识别隐蔽性滑坡隐患并探索其发育特征,对指导中国西南地区防灾减灾、工程规划建设具有重大科学意义。本文选择金沙江下游永善段地质灾害高易发区,利用升降轨时序InSAR–光学遥感综合识别方法,精细识别区域性时序地表形变、隐蔽性滑坡隐患光学遥感信息,通过野外考察,深入探索隐蔽性滑坡隐患发育特征。研究显示：1）通过升轨时序InSAR技术识别隐蔽性滑坡隐患26处,降轨时序InSAR技术识别隐蔽性滑坡隐患28处,光学遥感识别隐蔽性滑坡隐患48处（与升降轨时序InSAR识别结果有10处重合）,合计识别滑坡隐患92处;对识别结果进行100%的野外考察,将升降轨InSAR和光学遥感识别结果划分为完全一致、部分一致、仅有光学遥感识别结果、仅有InSAR识别变形结果4种情况,识别准确率分别为82.86%、80.77%、75.00%和63.64%,总体识别准确率达78.26%,略高于目前国内滑坡隐患识别平均水平,验证了滑坡隐患识别的可靠性和有效性。2）通过对比分析综合遥感识别结果可知,InSAR技术和光学遥感的识别结果与二者的识别方式、影像成像条件、滑坡活动性关系密切,二者不能直接进行互检。3）通过分析滑坡发育特征可知,隐蔽性滑坡隐患发育规律随着地形地貌、地质条件的变化而变化,升降轨InSAR技术和光学遥感识别的隐蔽性滑坡隐患在地貌空间分布、地层岩性均存在一定差别。结果表明,综合遥感识别技术充分利用了升降轨InSAR技术和光学遥感识别方法的互补性,解决了隐蔽性滑坡隐患看不见、看不清、看不准的难题,提高了滑坡识别的准确率。     

INSAR技术在滑坡监测中的应用研究

合成孔径雷达干涉（INSAR）测量及差分干涉测量（DINSAR）技术是近年来微波遥感发展的一个重要方向,而将其应用于滑坡监测中则是国内外的研究热点问题。本文首先简要阐述了INSAR和DIN—SAR技术的基本原理及其在滑坡监测中的主要方法,随后较为详细地介绍了这方面国内外研究的进展情况,在国外,法国、意大利、加拿大等国家已经进行了一些应用研究并取得较好的结果,而在国内基本还没有得到应用。与传统监测方法相比较,INSAR技术在滑坡监测方面主要具有全天候、大范围、高分辨率、高精度等优势,但在实际应用中则会产生去相关问题。文章最后阐述了将INSAR技术应用于滑坡监测中的发展方向,认为应该综合利用INSAR及PS技术,以便对滑坡进行更有效地监测。     

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。     

冰川密林陡谷区活动性滑坡InSAR精细识别-以澜沧江梅里雪山段为例

西南山区地质灾害频发,近年来,连续多起如茂县滑坡、白格滑坡、水城滑坡等大型滑坡灾害表明,灾难型滑坡事件的发生不仅与该地区易孕育地质灾害的条件相关,无法准确识别与监控滑坡灾害的发育发展情况也是主要因素之一。位于青藏高原东南缘的“三江”地区,地形高陡、地质灾害频发,其中澜沧江流域环境更为恶劣,海拔高、地形陡,夏秋季山高林密、多降雨,春冬季天气寒冷、多降雪,传统的地面式地质灾害调查手段在此效果有限,光学遥感技术也受到天气条件的诸多限制。而基于主动式微波遥感成像的InSAR技术被证明适合进行人类不易到达地区的地质灾害识别工作。本文以澜沧江流域梅里雪山段为研究区,使用PALSAR1、PALSAR2与Sentinel-1多源雷达遥感数据,结合D-InSAR与IPTA-InSAR技术开展冰川密林陡谷区的滑坡灾害精细识别工作。过程中发现长波长的PALSAR1和PALSAR2数据有更好的适应性,短波长的Sentinel-1数据通过数据量多的优势弥补了自身穿透能不足的缺陷；成功解译了研究区内92处活动性滑坡灾害；平面面积超过20万m_²的有26处；时间序列InSAR结果结合地面调查验证表明,澜沧江河谷典型的大型滑坡,梅里水滑坡和亚贡滑坡活动速率快,危险性高；德钦县成周边典型滑坡,丁羊丁滑坡与归巴顶滑坡整体处于蠕变状态,局部变形速率高；同时德钦县城周边泥石流与冰碛物运动较为活跃。     

利用InSAR技术获取南昆仑DEM

合成孔径雷达干涉测量(InSAR,Synthetic Aperture Radar Interferometry)是一种获取地面数字高程模型(DEM)和探测地面微小形变的新技术。本文介绍了荷兰Delft理工大学开发的Doris软件生成DEM的流程,分析了InSAR技术生成DEM的误差源,并利用南昆仑地区的数据获取了该区的数字高程模型,最后将获取的DEM与SRTM DEM进行了精度比较分析,认为在植被稀少区用InSAR技术获取的DEM完全能满足常规地形图的精度需求。     

吉家河滑坡变形实时监测研究

根据对吉家河滑坡的实地考察,制定滑坡变形实时监测方案,在滑坡体上设置10个地表变形监测点,并设置3个钻孔用于滑坡深部变形监测,在钻孔底部埋设孔隙水压力计,用于对滑坡内部孔隙水压力的监测.通过为期14个月的监测及对监测数据的分析,说明吉家河滑坡由南向东向左旋转变形,变形量不大,整体保持稳定.     

基于InSAR技术的地表形变监测与影响因素分析

地表形变引发的地质灾害屡见不鲜，尤其是在城市区域，其严重阻碍了城市化的可持续发展。为了评估城市地表形变引发地质灾害的风险，高时间空间分辨率的地表形变监测分析变得尤为重要。本文基于2019年1月至2021年1月的Sentinel-1A卫星影像，利用SBAS-InSAR以及PS-InSAR技术获取南昌市地表形变的时间序列，并结合小波周期分析和灰色关联度分析评估形变区域与气候环境的相关性。研究表明，南昌市的中心城区受到城市建设和黏土层厚度的影响，表现出大范围的沉降信号；东南部的农业生态地区由于地下水的补充而表现出抬升的信号。周期分析进一步表明南昌市地表形变皆受降水量变化的影响。本研究结合外部数据，从多个角度考察了地铁线路在变形幅度较大的地区发生沉降灾害的可能性，为防灾减灾提供参考。     

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。     

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。     

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.     

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.     

基于ECMWF模型改正InSAR大气延迟误差的可靠性实验

大气延迟是影响InSAR观测数据质量的最主要因素之一.然而,这一难题一直没有很好的解决办法.近年来,采用气象模型改正InSAR大气延迟误差是一个热门的研究方向,不过其有效性和可推广性还需要一些实验来检验.本文采用青藏高原中部的InSAR数据检验基于ECMWF模型改正InSAR大气延迟误差的有效性.结果显示本实验采用的8幅干涉图中只有3幅在改正后方差减小,而所有数据的平均方差比改正之前更大,证明该模型无法很好地改正该地区InSAR的大气延迟误差.鉴于目前尚无可靠的方法判断何时何地ECMWF模型对InSAR大气延迟误差有改进作用,建议谨慎采用该模型改正大气延迟误差.     

青岛崂山头海域海底滑坡的声波探测

利用多波束测深、浅地层剖面和侧扫声纳探测资料对青岛崂山头海域侵蚀沟及海底滑坡的形态、成因进行分析讨论。全覆盖的多波束测深反映了侵蚀沟的形态特征,为分析侵蚀沟及滑坡的成因提供了依据。崂山头海底滑坡是由潮流冲蚀等外动力引起的平移滑坡。侧扫声纳清晰地反映了滑坡边界和滑塌挤压波纹,表明滑坡刚发生不久,还未被冲蚀。浅地层剖面呈现较完整的滑坡形态和结构特征,可识别出滑动体、滑动剪切面和拖曳层理等滑坡要素。结果表明高分辨率的多波束测深仪、浅地层剖面仪和侧扫声纳仪等声学设备对探测海底滑坡、分析其成因具有较好的效果,可为海洋防灾减灾,海洋工程建设提供参考依据。     

采用自适应字典学习的InSAR降噪方法

We consider the phase noise filtering problem for interferometric synthetic aperture radar (InSAR) based on the dictionary learning technique. Due to the non-convexity of the optimization problem is difficult to solve. By using the splitting technique and employing the augmented Lagrangian framework, we obtain a relaxed nonlinear constraint optimization problem with l₁-norm regularization which can be solved efficiently by the alternating direction method of multipliers (ADMM). Specifically, we firstly train dictionaries from the InSAR complex phase data, and then reconstruct the desired complex phase image from the sparse representation. Simulation results based on simulated and measured data show that this new InSAR phase noise reduction method has a much better performance than several classical phase filtering methods in terms of residual count, mean square error (MSE) and preservation of the fringe completeness.     

高密度电法在贵州金沙某滑坡勘察中的应用

高密度电法是集电测深和电剖面装置于一体,具有观测精度高、数据采集量大、地质信息丰富、生产效率高等特点,在工程地质和水文地质勘查中被广泛应用。本文将高密度电法应用于贵州金沙某滑坡体调查中,通过分析该滑坡体的地质地球物理特征,验证了实施高密度电法调查滑坡体的可行性。调查中采用温纳装置,对该段滑坡体的地层结构、滑床位置及滑动面的埋深等地层情况的分析解释,证实了高密度电法应用效果良好,为进一步认识滑坡及其勘察治理提供了地球物理依据。     

圆弧面上的降雨滑坡运动特性研究

为了研究降雨诱发沿圆弧形破裂面滑动的土质滑坡的运动特性,基于质点组的运动假设,融入饱和-非饱和土体特性,建立降雨滑坡的运动物理模型,采用有限差分的方法进行求解,从而获得其运动速度、滑动距离等动力学参数,提出了沿圆弧面滑动的降雨滑坡运动学问题研究的一种新的研究方法。采用该方法对滑坡算例进行了研究分析。研究结果表明：滑坡运动速度呈现先增大后减小的趋势,同时运动速度在极短的时间就达到了最大运动速度;滑坡的水平位移随着时间的增加而增加,在最初阶段滑坡水平位移增加较快,此后增加缓慢直至滑坡停止;该方法能够简单快捷的计算滑坡的运动速度和运动距离等运动学参数,进行滑坡危害范围的预测。     

库水复活型滑坡牵引滑动机理模型试验研究

为深入探索库水复活型滑坡的破坏模式和力学机制,设计研发新型试验装置,装置主体是由若干渗透盒构成的分段式滑面,能够模拟各种几何形态的滑动面。通过向不同区段的渗透盒注水,可模拟滑带土分阶段饱水软化,实现库水位上升条件下相邻滑块间的牵引滑动过程。采用传感元件、数码摄像以及数字图像处理等测试手段,获取滑带土体积含水率、孔隙水压力、坡面水平位移的变化规律以及后缘面演化特征,并探讨滑坡体失稳破坏模式。结果表明:滑带土饱水后抗剪强度大幅度下降是滑坡发生的重要条件,滑动面处的孔压变动是激发老滑坡复活的重要诱因;滑带处孔隙水压力的增大与滑坡位移的增大是同时发生的,滑带土强度衰减与滑体变形具有良好的相关关系;坡面变形区域分为强、弱变形区和牵引区3部分,坡面变形为1～1.5倍的失稳滑带长度;随着失稳滑带长度增加,坡面变形区域变大,对后侧稳定坡体的牵引变形影响变小;后缘破裂面多呈折线型滑面形态,后缘破裂面倾角试验值受失稳滑段位置和滑体厚度影响显著。研究结果为库区滑坡灾变机制的认识和治理提供重要依据。     

基于混沌时间序列的黄土滑坡变形预测方法及应用

采用GNSS技术进行滑坡变形监测时,由于多路径等观测误差的存在,直接使用GNSS监测结果进行变形预测会影响预测结果的精度。为了探讨GNSS测量误差对变形预测结果的影响程度,考虑到滑坡系统的混沌特性,采用混沌理论对陕西泾阳地区庙店滑坡GNSS变形监测结果抑噪处理前后的时间序列进行了对比分析。首先,采用互信息量法确定监测序列的时间延迟、用改进的虚假邻近点法(Cao算法)确定嵌入维数,获取相空间重构参数; 然后使用最大Lyapunov指数对两种变形监测序列进行混沌特性识别; 最后,分别使用加权一阶局域预测方法、最大Lyapunov指数预测方法和BP神经网络预测方法对滑坡变形监测结果进行预测。结果表明:GNSS滑坡变形监测结果抑噪处理前后的时间序列满足混沌特性,说明滑坡系统具有混沌特性; 在3种混沌时间序列预测方法中,BP神经网络预测方法的效果较好,且该方法预测结果的平均绝对误差(MAE)和平均相对误差(MRE)分别为0.4 mm和11.9%,经过S-变换抑噪处理后,预测结果的平均绝对误差和平均相对误差分别为0.1 mm和4.1%,预测效果有明显改善。