城市场景时序InSAR形变解译:问题分析与研究进展

时序InSAR(interferometric synthetic aperture radar)技术可以提供周期性形变监测,已经广泛应用于地表沉降和基础设施形变监测等工作,为城市安全和可持续发展提供重要保障。然而,由于城市场景的复杂性,InSAR精细监测以及形变信号解译仍然是一个难题和挑战。从时序InSAR相干点与地物目标映射关系不确定性为切入点,剖析了这种不确定性带来的形变解译问题,包括：（1）精细形变监测,即形变信号“在哪里”;（2）形变机制和驱动因素认知,即形变信号“是什么”;（3）形变信号对观测事件的反映,即考虑城市场景下的合成孔径雷达信号的复杂散射机制。引入了时序InSAR监测体系下InSAR相干点的描述框架,包括运动学特征、几何参数、语义信息、物理属性,并回顾了InSAR相干点参数提取与形变解译的研究进展。基于InSAR相干点几何参数、语义信息、物理属性的综合形变解译与机制认知将是未来城市场景精细形变监测、识别和安全评估等服务的关键。     

C和L波段SAR数据在填海新区的应用及特性分析

收集了35景C波段ENVISAR ASAR和20景L波段ALOS PALSAR数据,采用时间序列合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）分析技术获取了典型的填海新区-上海临港新区2007年~2010年间的沉降速率场。从空间、时间密度以及监测精度方面,对C和L波段的数据的形变估计结果进行对比,并进而讨论C波段和L波段数据在填海新区地表形变探测差异的原因以及数据在填海新区监测的特性。     

高分辨率PS-InSAR在轨道交通形变特征探测中的应用

为了确保城市轨道交通的安全运营和可持续发展,将高分辨率PS-InSAR技术引入城市轨道交通的形变监测领域。以上海为例,分析了城市轨道交通网络专题的形变特征。首先,利用26景TerraSAR-X影像在上海开展高分辨率PS-InSAR沉降精细测量,得到轨道交通网络整体的沉降格局;然后,针对不同建成时期和建设形式的路段,分类探讨其形变特性及原因;最后,进行测量结果的精度验证。分析结果表明,快速的城市化发展建设已成为上海轨道交通沿线主要的沉降原因;不同建成时期和建设形式的路段表现出不同的形变特征,早期建设路段比晚期建设路段更稳定,高架路段比地下路段沉降速率更小;PS-InSAR与水准数据保持很好的一致性。证实了高分辨率PS-InSAR技术在城市轨道交通形变监测、管理维护和预警方面具有一定的可行性,可以为城市公共交通的规划和建设提供决策支持。通形变监测、管理维护和预警方面具有一定的可行性,可以为城市公共交通的规划和建设提供决策支持。     

基于高分辨率SAR影像的上海临港新城沉降格局分析

上海临港新城是通过围垦造地工程建设而成,特殊的地质条件和地理位置,使其地质环境变化备受关注。而建立和完善该新城的水准测量网需要定时间,且基于点的水准监测难以获得区域沉降情况。时间序列InSAR方法可通过空间信息实施大范围监测,对于此类海塘新区的地面沉降监测具有独特优势。本文处理和分析了11景TerraSAR-X影像,并与之前的研究成果进行分析。实验结果表明,临港新城的沉降情况与围垦成陆的建设施工时序密切相关,九四塘以西的老冲填土区已趋于稳定,并有回弹趋势;九四塘以东的新冲填土区形变量较大,沉降速率近35mm／a。利用14个水准点的监测数据进行验证,其平均误差为1510mm、中误差为2016,说明该方法可以满足城市形变监测的需求。     

应用时间序列InSAR技术监测上海磁悬浮列车专线形变

新代高分辨军、短重访周期SAR卫星的发射运行,使得InSAR技术不仅能满足大范围地表沉降监测的数据需求,还可以监测到大型人工线状地物的形变,使得对短周期微小形变的监测和预警成为可能。本文以上海市在运营的磁悬浮列车专线为研究对象,利用时间序列分析方法对20112~F9月～2012年10月期间的15景TenaSAR-X数据进行了处理和分析,实验结果表明高分辨军SAR数据可以用于公共交通设施微小形变的监测,在公共安全领域具有广阔的应用前景。     

应用高分辨率PS-InSAR技术监测上海动迁房歪斜形变

地面沉降是一种地面标高缓慢降低的环境地质灾害,严重的不均匀沉降会造成地表建筑物的破坏甚至垮塌。针对上海川沙镇心圆西苑小区"动迁房歪斜"事件,本文处理分析了2013-2014年上海主城区和浦东区的26景TerraSAR-X影像,并对沉降格局及其驱动因素进行了详细的时空分析。在空间上,发现心圆西苑小区整体存在不均匀沉降,且发生歪斜的动迁房处沉降最为集中;在时间上,发现动迁房处PS点的沉降时间序列曲线与温度变化趋势存在一定的相关性;并对比主城区和浦东区的沉降结果进行了交叉验证,证实了结果的可靠性。表明动迁房的歪斜形变与其自身的结构形变、长期的地面荷载不均衡和地下基础工程施工建设造成的差异沉降密切相关,进一步说明了高分辨率InSAR技术在城市建筑物的形变监测、管理维护和预警方面均有广阔的应用前景。     

应用PSInSAR技术分析上海道路网沉降时空特性

城市道路网的持续稳定性监测不仅可以避免重大事故带来的人身财产损失,也有利于经济社会的可持续发展。针对道路网长距离、大跨度的实时监测需求,将永久散射体雷达干涉测量（persistent scatterer synthetic aperture radar interferometry,PSInSAR）技术引入城市道路网的形变监测和预警,处理了上海26景时间序列TerraSAR-X卫星数据,对道路网的沉降进行时空分析。空间上,首先阐述道路网整体的沉降格局,然后探讨局部路段的沉降细节及其驱动力;时间上,分析温度变化对路面沉降时间序列变化的影响,并对实验结果进行精度验证。结果表明,上海道路网沉降主要分布在浦东区,与路网密度相关,新区城市化发展建设已成为道路网主要的沉降原因;沥青路面的沉降时间序列与温度变化存在时间相关性,沉降结果与水准数据基本一致。     

联合多平台InSAR数据集精确估计地表沉降速率场

分析了不同平台InSAR数据集的成像几何差异以及时空分辨率不一致对沉降场联合反演的影响,提出了多平台InSAR数据联合估计方法及其解决方案。将该方法应用于分析覆盖上海地区的18景TerraSAR-X、16景ENVISAT ASAR和20景ALOS PALSAR数据,提取了数据共同覆盖时间段内（2009年~2010年）的上海市地表沉降速率场分布,并与同期获取的水准数据进行了对比验证。实验结果表明,本文方法能有效的联合多组观测数据给出更精确的沉降估计结果,且无需外部数据校正。     

PS-InSAR技术对上海高架路的沉降监测与归因分析

上海市高架道路是上海市重大基础设施工程之一,跨越11个行政区,打通了城市交通脉络。为保证其安全运营和可持续发展,利用高分辨率永久散射体雷达干涉测量技术对高架路进行沉降监测,沉降结果与同期水准数据基本保持一致,最大误差不超过3 mm/a。进一步联合高架路的结构特性、运营车辆的动荷载情况、高架路施工进程,分析了提取的高架路沉降的空间分布情况以及时间演化行为。多因素的归因分析结果表明,上海市高架道路沉降格局与周边区域地面沉降密切相关,同时与高架道路自身荷载和运营车辆动荷载、高架道路建成时间有关。