南迦巴瓦峰地区地表形变的InSAR监测与分析北大核心CSCD

南迦巴瓦峰地区位于东喜马拉雅构造结的构造变形核心地带,地质构造环境复杂,地质灾害频发,加强对该地区的地表形变监测研究对当地防灾减灾和经济可持续发展有着重要意义。研究利用Sentinel-1卫星数据在该区域开展地表形变监测,通过PS-InSAR技术获得雷达视线方向(Line-Of-Sight, LOS)的形变速率分布与形变时间序列数据,并对地表形变的分布情况和2017年米林M6.9地震的同震形变情况展开分析与讨论。结果发现南迦巴瓦地区地表形变受新生代构造变形影响较大,研究区内的构造形变主要有同震、震后松弛形变和板块边界带的俯冲形变。雅鲁藏布江两侧变形差异较大,北侧呈缓慢的负形变趋势,南侧由于受到俯冲断裂的影响以较高的速率正形变。米林地震的同震形变呈现出西南盘负形变,北东盘正形变且西南盘形变量更大的空间分布特征。研究结果表明:InSAR监测技术可为青藏高原灾害监测和科学研究提供高时空分辨率的地表形变数据。     

顾及相干系数的InSAR形变场采样算法

利用SAR差分干涉测量技术获取的大范围连续覆盖地表形变场为断层活动性质、发震断层参数等反演研究提供了丰富的数据信息。为提高形变机制反演数据源的可靠性和结果的准确性,提出一种顾及InSAR相干系数的概率采样算法。该算法基于四叉树数据压缩模型,将窗口形变梯度以及自适应核运算后的相干表征量按权重分配作为分割窗口的约束参数,以此建立概率采样函数;并引入数字高程模型对无效采样信息进行掩膜处理,达到兼顾提高采样点质量和保留细节形变信息的目的。通过对2016年中国台湾地区美浓M_w6.7级地震同震形变场数据进行实验分析,结果表明,顾及相干系数的概率采样算法在保留高质量数据和重要细节信息方面优势更为明显。     

基于静止气象卫星数据的地表温度遥感估算

基于分裂窗算法和地表温度日周期变化模型,探讨了利用多时相热红外遥感数据反演地表温度的方法。首先,利用分裂窗算法及地表温度日周期变化形式,推导了多时相遥感数据反演地表温度的方法。其次,利用辐射传输模型(MODTRAN),以2006年夏季在禹城观测的3 d地表温度、气温及大气水汽数据做为输入参数、变化观测角及比辐射率,模拟了一日多个时刻与风云二号(F-2D)波谱响应函数一致的亮温数据,基于此,模拟数据库对所提算法进行了检验。最后,利用2010年9月30日FY-2D多时相热红外数据对新疆区域地表温度进行了反演,并与相应时刻的MODIS地表温度产品进行了比较。结果表明：利用模拟遥感数据反演地表温度,模拟值与估算值的相关系数达0.9,均方根误差在1.5 K以内;利用在轨FY-2D热红外数据反演得到的地表温度与MODIS温度产品趋势基本一致,两者的相关性达到了0.5,均方根误差为4.4 K。需要说明的是,此方法仅满足于晴朗无云的条件。     

多时相Landsat影像地表亮温辐射归一化方法

使用多时相遥感数据进行景观变化检测往往要求这些遥感数据能保持辐射一致性,但实际获取遥感数据时由于传感器性能、大阳照度几何和大气状态的变化,多时相遥感数据的辐射一致性无法保持。鉴于多时相遥感数据实际应用时需要实施相对辐射归一化操作,以南京市主城区1992年、1998年、2003年、2007年和2011年5景Landsat TM热红外波段数据为源数据,反算亮温图像并与8个地面气象站采集的实时温度数据建立回归模型,反演地表温度图像,然后采用伪不变特征相对辐射归一化方法和多元变化检测相对辐射归一化方法对5期地表温度数据做归一化处理,分级操作后评价南京市热岛效应的变化特征,最后通过引入统计特征参数均方根误差和变异系数,评价两种相对辐射归一化方法的优劣。结果表明:经过两种归一化方法调整后的数据均有利于对南京市热岛效应的分析;在后续的热岛效应分析中,多元变化检测相对辐射归一化法处理后的影像优于伪不变特征相对辐射归一化处理的影像;多元变化检测归一化法克服了人工选取样本点中存在的主观因素,但其计算相对较复杂。     

基于NDVI数据的三江平原农田物候监测

物候现象被称为气候变化的积分仪,研究农田物候现象对农业生产有重要的指导意义。多时相遥感影像使区域物候监测成为可能。利用傅里叶级数对MODIS NDVI数据进行平滑,结合地面观测资料,采用动态阈值法提取物候信息,并与实际观测结果进行比较分析。研究结果表明:三江平原大部分农作物在第120~130 d开始生长,在第250~260 d左右停止生长,2003年三江平原农作物开始生长和结束的时间较早,2005年开始生长日期比2003年有所推迟,2007年农作物开始生长的日期早于2005年,但生长季结束的日期比2003年和2005年都晚,2007年生长季长度较长。采用MODIS NDVI数据获取的物候参数具有一定的可靠性,在农田大面积分布区域监测结果更为准确。
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利用Sentinel-1A合成孔径雷达干涉时间序列监测陇东地区地面沉降变形

基于覆盖陇东地区同一轨道的97景Sentinel-1A卫星影像,在ISCE和StaMPS数据处理平台上利用PS-InSAR技术进行叠加数据处理,获得研究区自2014年10月至2019年5月的年平均地表LOS向形变场,并对形变场结果进行二维网格滤波处理,获取沉降中心的变化特征。研究结果表明：陇东地区主要存在两类形变,一类是由构造活动引起的地表形变,主要分布在海原断裂与六盘山东麓断裂转换区附近,跨海原断裂年平均形变约为1 mm/a,而六盘山东麓断裂附近断层无明显变形,鄂尔多斯块体内部变形微弱;另一类则是由人类工业活动,如煤矿开采、地下水开采活动等导致的地表沉降,主要影响区域为华亭矿区和宁正矿区,均呈现漏斗状沉降形态,年均最大沉降分别约为8 mm/a和30 mm/a。     

基于Sentinel-1A数据反演九寨沟地震地表形变场

针对四川省九寨沟2017年8月8日发生的7.0级地震引起的地表形变,使用欧空局2014年发射的Sentinel-1A卫星C波段雷达影像数据,采用两轨雷达差分干涉技术(D-InSAR)处理得到了研究区范围内同震形变场。干涉结果显示,此次地震造成了明显的地表形变,景区内最大抬升达到了12.6cm,最大沉降达9.8cm。研究结果表明:Sentinel-1A卫星的C波段雷达数据非常适用于对植被覆盖葱郁、地形复杂的区域进行D-InSAR形变监测。D-InSAR技术获取的地表形变信息可用于分析讨论地震受灾范围和地震机理。进一步明确了D-InSAR技术在大范围地表形变探测和地学研究范畴的重要地位。     

面向地表形变高精度监测的GNSS-InSAR融合方法北大核心CSCD

GNSS-InSAR数据融合进行监测地表形变是目前地表形变监测领域研究的热点问题,传统GNSS-InSAR数据融合方法融合简单、不能动态地反映地表形变特点,导致数据使用不充分、形变特征精度低等后果。提出了一种新的基于InSAR校正值和卡尔曼滤波的GNSS-InSAR融合方法。根据时间序列的GNSS观测值和InSAR校正观测值的时空相关性,通过卡尔曼滤波对两种数据进行融合,得到更精确的地表三维形变结果。利用2018年11月15日至2022年6月3日103景Sentinel-1A数据和同期13个GNSS点位数据进行处理,实验结果表明:校正后的InSAR观测值与GNSS观测值经卡尔曼滤波融合结果比未校正的InSAR观测值与GNSS观测值融合结果精度高45%,比InSAR观测值精度高57%。因此,基于InSAR校正值和卡尔曼滤波的GNSS-InSAR融合模型提高了InSAR变形监测的精度,拓展提升InSAR应用范围的广度和深度。     

2016年门源地震的InSAR同震形变监测与断层反演

针对2016年1月21日发生于青海门源的Mw 5.9级地震震源参数的不确定性问题,利用了升降轨两个观测方向获取的Sentinel-1A影像,对该地震开展了差分干涉测量与同震形变分析,并基于Okada弹性位错模型进行了滑动断层反演。监测结果显示,地震引发的地表形变以抬升为主,LOS向局部最大抬升量超过6 cm。反演结果表明发震断层滑动以逆冲滑动为主并兼有走滑分量,集中分布于地下3~6 km范围内,断层走向约为134?,倾角约为45?,在地下5.1 km处出现接近1.5 m的最大滑动量,此次地震释放地震矩能量达9.07×1017 N?m,约合矩震级Mw 5.9。经比较,上述同震形变监测与滑动断层反演的结果和国内外相关地震学调查监测资料高度吻合,具有较高的精度和可靠度。该实验分析一方面验证了相关反演方法的可行性,另一方面也充分体现了C波段Sentinel-1A卫星数据在地震形变测量中的应用价值。     

基于SBAS-InSAR技术的西宁地表形变监测

地表形变引发的地质灾害给自然环境和社会带来了巨大威胁,小基线集合成孔径雷达干涉测量（SBAS-InSAR）技术以其监测精度高、监测范围大和非接触等优势,成为地表形变监测的重要手段,为预防地质灾害发生、降低灾害损失,实现地表形变有效监测具有重要意义。利用SBAS-InSAR技术对青海省西宁市2018年1月7日至11月27日27景Sentinel-1A数据进行处理,得到西宁市地表平均形变速率分布图。与同期8个西宁南山GPS地面观测点比较,除一个点误差较大外,其余7个点均方根误差都在3 mm以内,证明了SBAS-InSAR监测结果的可靠性。SBAS-InSAR监测结果表明：山体滑坡是西宁市地表形变的主要形式,特别是沿互助北山和G6京藏高速公路一带滑坡运动尤为明显。实验首次获取了西宁市火车站东北滑坡灾害点定量形变数据,为分析该灾害点状况、保障西宁火车站安全运行提供有价值的参考。     

Surface displacement of the Mw 7 Machaze earthquake (Mozambique): Complementary use of multiband InSAR and radar amplitude image correlation with elastic modelling

In this paper we investigate the surface displacement related to the 2006 Machaze earthquake using Synthetic Aperture Radar Interferometry (InSAR) and sub-pixel correlation (SPC) of radar amplitude images. We focus on surface displacement measurement during three stages of the seismic cycle. First, we examined the co-seismic stage, using an Advanced SAR (ASAR) sensor onboard the Envisat satellite. Then we investigated the post-seismic stage using the Phase Array L-band SAR sensor (PALSAR) onboard the ALOS satellite. Lastly, we focussed on the inter-seismic stage, prior to the earthquake by analysing the L-band JERS-1 SAR data. The high degree of signal decorrelation in the C-band co-seismic interferogram hinders a correct positioning of the surface rupture and correct phase unwrapping. The post-seismic L-band interferograms reveal a time-constant surface displacement, causing subsidence of the surface at a ∼ 5 cm/yr rate. This phenomenon continued to affect the close rupture field for at least two years following the earthquake and intrinsically reveals a candidate seismogenic fault trace that we use as a proxy for an inversion against an elastic dislocation model. Prior to the earthquake, the JERS interferograms do not indicate any traces of pre-seismic slip on the seismogenic fault. Therefore, slip after the earthquake is post-seismic, and it was triggered by the Machaze earthquake. This feature represents a prominent post-seismic slip event rarely observed in such a geodynamic context.     

Advanced InSAR techniques for deformation studies and for simulating the PS-assisted calibration procedure of Sentinel-1 data: case study from Thessaloniki (Greece), based on the Envisat/ASAR archive

Using state-of-the-art InSAR techniques, namely persistent scatterers (PSs) and small baseline subset (SBAS) approaches, this study contributes to open geotechnical questions in the area of Thessaloniki (Greece) from a remote-sensing perspective. It also demonstrates the potential of these techniques for calibration purposes, with reference to the new C-band synthetic aperture radar (SAR) sensor on board the Sentinel-1 mission satellites. By exploiting the historical archive of Envisat/ASAR data, as well as a pair of the first Sentinel-1A SAR images, recent (2004–2010) deformation rates up to 18 mm year^–1 are detected over the study area. These results are then compared to the findings of previous InSAR and geophysical observations, indicating for example, subsidence or tectonic activity. On the other hand, the usefulness of the PS technique is shown over the same region for external SAR calibration purposes. This process simulates the PS-assisted calibration procedure to be applied systematically to Sentinel-1 SAR products.     

Land deformation monitoring using coherent target-neighbourhood networking method combined with polarimetric information: a case study of Shanghai,China

In this article, an advanced approach for land deformation monitoring using synthetic aperture radar (SAR) interferometry combined with polarimetric information is presented. The linear and nonlinear components of the deformation, the error of the digital elevation model (DEM) and the atmospheric artefacts can be achieved by a coherent target (CT)-neighbourhood networking approach. In order to detect recent land deformation in Shanghai, China, 12 ENVISAT advanced synthetic aperture radar (ASAR) alternating polarization images acquired from January 2006 to August 2008 are employed for deformation analysis. Over a 2.5-year period, two deformation velocity fields from HH and VV modes over Shanghai are derived using the CT-neighbourhood networking SAR interferometry (InSAR), then integrated into a final deformation map by a fusion scheme. It is found that the annual subsidence rates in the study area range from??20 to 10 mm year^?1 and the average subsidence rate in the downtown area reaches??7.5 mm year^?1, which is consistent with the local government statistics published in 2007.     

COSMO-SkyMed数据在常州市地表形变监测中的应用

小基线集合成孔径雷达干涉测量技术(SBAS-InSAR)已成功应用于城市地表形变监测,并表现出极大的潜力和优势。X波段高分辨率雷达卫星在地表微小形变探测方面较C波段和L波段更为敏感。选取覆盖常州地区COSMO-SkyMed高分辨率SAR影像,采用SBAS-InSAR方法获得了地表形变时间序列,对比水准观测数据,分析了干涉测量结果的精度,根据历史地下水位监测数据,分析了地下水水位变化对地表形变的影响。结果表明:干涉测量结果与水准观测数据具有很好的一致性,沉降区域主要发生在武进区,最大沉降量超过-40mm,主城区出现了轻微的回弹现象,回弹达到+5mm;地下水水位持续上升与地面沉降减缓、地面回弹趋势一致,地下水水位变化仍然是常州市地表形变的主要影响因素。     

Monitoring land deformation in Changzhou city (China) with multi-band InSAR data sets from 2006 to 2012

Over exploitation of groundwater in Changzhou city, China can cause land deformation, which in turn proves detrimental to the urban infrastructure. In this study, multi-band synthetic aperture radar (SAR) data sets (C-band Envisat ASAR, L-band ALOS PALSAR, and X-band COSMO-SkyMed) acquired from 2006 to 2012 were analysed using the synthetic aperture radar (SAR) interferometry (InSAR) time-series method to investigate the relationship between spatial–temporal distribution of land deformation and groundwater exploitation. Annual deformation rate inferred from multi-band interferograms ranges from ?58 to 24 mm year^?1. Levelling-survey data were used to validate the multi-band InSAR measurements. The results showed that these two types of measurements were generally in agreement. Correlating groundwater-table and multi-band InSAR measurements at six groundwater-well stations showed that with the rise of the water table, the land rebounded. But in some areas with larger subsidence, continual subsidence was observed even though the water table rose after the prohibition of groundwater exploitation. This may have been caused by the hysteresis effect due to the consolidation of strata (especially for the creep deformation). Our study provides scientific evidence on the management of groundwater extraction and the assessment of land-subsidence hazards.     

A study on measuring surface deformation of the L’Aquila region using the StaMPS technique

This research compares two time-series interferometric synthetic aperture radar (InSAR) methods, namely persistent scatterer SAR interferometry (PS-InSAR) and small baseline subset (SBAS) to retrieve the deformation signal from pixels with different scattering characteristics. These approaches are used to estimate the surface deformation in the L’Aquila region in Central Italy where an earthquake of magnitude Mw 6.3 occurred on 6 April 2009. Fourteen Environmental Satellite (ENVISAT) C-band Advanced Synthetic Aperture Radar (ASAR) images, covering the pre-seismic, co-seismic, and post-seismic period, are used for the study. Both the approaches effectively extract measurement pixels and show a similar deformation pattern in which the north-west and south-east regions with respect to the earthquake epicentre show movement in opposite directions. The analysis has revealed that the PS-InSAR method extracted more number of measurement points (21,103 pixels) as compared to the SBAS method (4886 pixels). A comparison of velocity estimates shows that out of 833 common pixels in both the methods, about 62% (517 pixels) have the mean velocity difference below 3 mm year^?1 and nearly 66% pixels have difference below 5 mm year^?1. It is concluded that StaMPS-based PS-InSAR method performs better in terms of extracting more number of measurement pixels and in the estimation of mean line of sight (LOS) velocity as compared to SBAS method.     

永久散射体雷达干涉研究综述

传统D\|InSAR技术虽然在地表形变测量应用中得到广泛应用,但其测量精度容易受失相干、大气效应、DEM误差等的影响,测量结果有时甚至不可靠。为了突破这些限制,在D\|InSAR技术中引入时间维,筛选出时序SAR图像上受失相干影响较小的像元,建立并解算相位模型,从而提取形变信息。PS\|InSAR技术自出现以来,经过不断改进,在受失相干影响较大的长期缓慢形变监测中发挥了重要作用,一直是近年来雷达干涉领域研究的重点问题。详细梳理了PS\|InSAR技术的发展历史,总结了关键技术环节的改进算法以及应用领域,指出现有PS\|InSAR技术仍然存在的问题以及可能的发展趋势。     

多模式雷达在矿区沉降监测中的应用研究

合成孔径雷达差分干涉测量(DInSAR)技术在地表形变监测方面已得到广泛应用。介绍了将差分InSAR技术运用于矿区地表沉降监测,获得了河北峰峰煤矿地表Envisat/ASAR和ALOS/PALSAR的雷达形变干涉相位图,并对Envisat C波段和ALOS L波段的形变干涉相位图进行了相干特性和相位特性的分析。通过综合考虑C波段和L波段的优势与不足,将两者联合使用,实验表明利用多模式雷达数据对矿区地表沉降进行检测的可行性。同时,通过对雷达干涉相位图的分析,能够及时提供正在进行地下开采活动的矿区地理位置。     

基于北斗与InSAR技术的城市水库群坝体变形监测体系研究

随着我国核心城市规模的不断扩大,城市水库群的安全问题变得非常重要。本文提出基于北斗与InSAR技术构建城市水库群坝体变形监测体系的概念,建立以InSAR卫星数据为核心的高效监测能力,并建设覆盖区域的北斗变形监测基准网,通过获取InSAR动态监测数据以及北斗卫星实时监测数据,辅助以人工监测数据,形成城市水库群坝体安全监测新模式。     

基于多时相干涉SAR提取地表形变的关键技术探究

基于重复轨道的合成孔径雷达差分干涉测量(D-InSAR,Differential Interferometric SAR)技术自问世以来,就被立即成为研究重点并在许多领域得到应用。但是常规D-InSAR技术易受时间、空间失相干与大气延迟等影响而有时无法得到可靠的形变信息,因此难以在实践中得到常态化应用。永久散射体技术与小基线集技术的出现,有效地克服了上述问题的制约。本文融合了两种技术的优点,介绍了多时相干涉SAR技术的关键处理步骤,并基于多时相干涉SAR技术提取了太原市2005～2009年间的形变信息。