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Successful Applications of Generic Atmospheric Correction Online Service for InSAR (GACOS) to the Reduction of Atmospheric Effects on InSAR Observations

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Journal of Geodesy and Geoinformation Science 2021年第1期4卷 109-115页

作者： Chen YU Zhenhong LI Lin BAI Jan-Peter MULLER Jingfa ZHANG qiming zeng COMET School of EngineeringNewcastle UniversityNewcastle upon Tyne NE17RUUK College of Geological Engineering and Geomatics Chang’an UniversityXi’an 710061China Key Laboratory of Western China’s Mineral Resources and Geological Engineering Ministry of EducationXi’an 710054China Mullard Space Science Laboratory Department of Space&Climate PhysicsUniversity College LondonHolmbury St Mary RH56NTUK Key Laboratory of Crustal Dynamics Institute of Crustal DynamicsChina Earthquake AdministrationBeijing 100085China School of Earth and Space Sciences Peking UniversityBeijing 100871China

The tremendous development of Synthetic Aperture Radar(SAR)missions in recent years facilitates the study of smaller amplitude ground deformation over greater spatial scales using longer time ***,this poses greater challenges for correcting atmospheric effects due to the wider coverage of SAR imagery than *** attempts have used observations from Global Positioning System(GPS)and Numerical Weather Models(NWMs)to separate atmospheric delays,but they are limited by(1)The availability(and distribution)of GPS stations;(2)The low spatial resolution of NWM;And(3)The difficulties in quantifying their *** overcome these limitations,we have developed the Generic Atmospheric Correction Online Service for InSAR(GACOS)which utilizes the high-resolution European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ECMWF)products using an Iterative Tropospheric Decomposition(ITD)*** enables the reduction of the coupling effects of the troposphere turbulence and stratification and hence achieves equivalent performances over flat and mountainous *** comprises a range of notable features:(1)Global coverage;(2)All-weather,all-time usability;(3)Available with a maximum of two-day latency;And(4)Indicators available to assess the model’s performance and *** this paper,we demonstrate some successful applications of the GACOS online service to a variety of geophysical studies.

关键词： InSAR atmospheric correction GACOS earthquake volcano landslide city subsidence

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Land Subsidence in Xiong’an New Area,China Revealed by InSAR Observations

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Journal of Geodesy and Geoinformation Science 2021年第1期4卷 70-76页

作者： Keren DAI Peilian RAN Zhenhong LI Julian AUSTIN Jan-Peter MULLER qiming zeng Jingfa ZHANG Leyin HU College of Earth Sciences Chengdu University of TechnologyChengdu 610059China State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenviroment Protection Chengdu University of TechnologyChengdu 610059China College of Geological Engineering and Geomatics Chang’an UniversityXi’an 710054China Key Laboratory of Western China’s Mineral Resource and Geological Engineering Ministry of EducationXi’an 710054China School of Mathematics Statistics&PhysicsNewcastle UniversityNewcastle upon Tyne NE17RUUK Mullard Space Science Laboratory Department of Space and Climate PhysicsUniversity College LondonHolmbury St Mary RH56NTUK School of Earth and Space Sciences Peking UniversityBeijing 100871China Key Laboratory of Crustal Dynamics Institute of Crustal DynamicsChina Earthquake AdministrationBeijing 100085China Beijing Earthquake Agency Beijing 100080China

In 2017,China’s central government approved the national strategy to build Xiong’an New Area(XNA,100 km southwest to Beijing),which was announced as a"millennium strategy"and a"demo area"for a sustainable,modern,and innovative urban ***’an will draw in as much as$380 billion investment and is expected to help accelerate the development of the wider Beijing-Tianjin-Hebei(Jingjinji)*** this paper,present subsidence in the XNA area is investigated using InSAR observations for the first *** 24 SAR images acquired by European Space Agency’s Sentinel-1 satellites during the period from June 2017 to July 2018 suggest that in the north of Xiong County,the subsidence rate reaches up to 90 mm/y,which is highly correlated with the exploitation of geothermal *** the construction in the XNA area will significantly accelerate and its high-quality development,the InSAR findings could provide valuable information for future sustainable urban planning and underground infrastructure construction.

关键词： Xiong’an New Area subsidence InSAR geothermal heating Sentinel-1

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基于主成分变换的星载升降轨极化SAR数据水体提取方法

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地球信息科学学报 2024年第4期26卷 1057-1074页

作者：孟庆港曾琪明北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所北京100871 北京大学空间信息集成与3S工程应用北京市重点实验室北京100871

利用光学遥感技术可以快速高效地获取大范围的地表水体信息,但是在洪灾监测等应用中,常常伴随多云、降雨等恶劣天气,难以及时获得高质量的光学遥感图像。合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)技术具有全天时、全天候的特点,不受... 详细信息

利用光学遥感技术可以快速高效地获取大范围的地表水体信息,但是在洪灾监测等应用中,常常伴随多云、降雨等恶劣天气,难以及时获得高质量的光学遥感图像。合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)技术具有全天时、全天候的特点,不受阴雨天气的影响,相比光学遥感具有明显的优势。本文首先总结和分析了目前基于星载SAR数据提取水体的方法和存在的问题,以Sentinel-1数据为例,为了弥补单极化阈值法和哨兵一号双极化水体指数(Sentinel-1 Dual-Polarized Water Index,SDWI)方法的不足,提出了双极化第一主成分水体指数(Dual-Polarized First-Principal-Component Water Index,DFWI)。其次,为了解决雷达阴影容易与水体相互混淆的问题,提出了3种升降轨极化SAR水体提取方法:升降轨VH极化方法(AscendingDescending VH-Polarization Water Index,AD-VH)、升降轨VV极化方法(Ascending-Descending VV-Polarization,AD-VV)和升降轨双极化第一主成分水体指数(Ascending-Descending Dual-Polarized First-Principal-Component Water Index,AD-DFWI)。最后,选择云南省洱海和土耳其Hatay 2个研究区进行水体提取实验,分别对应水体的常态化监测和应急监测等不同的应用场景。根据用户精度、生产者精度、虚警率和F1-score共4种指标对上述不同方法得到的水体提取结果进行精度评价和分析。实验结果表明:(1)本文所提方法相比单极化阈值法和SDWI法的分类精度明显提高,在2个研究区中,精度相对最高的方法均为AD-DFWI法,F1-score指标分别达到了97.83%和88.33%;(2)升降轨极化SAR水体提取方法不仅较好地解决了雷达阴影和水体相互混淆的问题,而且图像直方图中双峰分布特点更加显著,水体和非水体的可分离性更高,综合性能更好。本文提出的方法未来可以为水体提取和洪灾监测等应用提供参考。

关键词：极化SAR 水体提取洪灾监测雷达阴影主成分变换升降轨阈值法 Sentinel-1

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地震地壳形变InSAR测量中的关键技术分析

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遥感学报 2018年第S1期22卷 17-31页

作者：曾琪明朱猛焦健北京大学遥感与地理信息系统研究所北京100871

InSAR技术是监测地震地壳形变的有力手段,对于研究地震机理、防震减灾具有重要的意义。InSAR测量结果可以作为分析地震断层几何学特征和动力学机制的研究资料,为进一步研究断层活动的时空特征以及大陆岩石圈动力学规律,建立断层运动模型... 详细信息

InSAR技术是监测地震地壳形变的有力手段,对于研究地震机理、防震减灾具有重要的意义。InSAR测量结果可以作为分析地震断层几何学特征和动力学机制的研究资料,为进一步研究断层活动的时空特征以及大陆岩石圈动力学规律,建立断层运动模型,获取地震的地球物理参数及其演化过程提供参考依据。随着InSAR技术研究的不断深入,提升InSAR技术的应用水平,高效、高可靠性地获取地壳形变信息是行业用户和国内外学者关心的问题。本文从地震地壳形变监测需求出发,结合InSAR技术特点,归纳和概述了地震地壳形变InSAR测量中更为关心的技术问题及其研究现状,重点分析并提出了InSAR技术在地震地壳形变监测中需要加强重视与进一步深化研究的一些关键技术问题,包括大气效应、视线向模糊、大范围监测、高相干目标选取、大数据高效能计算以及InSAR技术自身质量评价与控制体系的构建,并对此提出了一些解决思路,旨在提高InSAR技术在地震领域中的应用水平。

关键词：地震地壳形变 InSAR D-InSAR 时序分析 ScanSAR

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InSAR生成DEM中WRF大气校正

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遥感学报 2016年第5期20卷 1151-1160页

作者：曾琪明章晓洁焦健北京大学遥感与地理信息系统研究所北京100871

利用星载重复轨道合成孔径雷达干涉测量InSAR技术获取数字高程模型(DEM),无法避免大气延迟效应的影响。InSAR大气校正的方法很多,但在DEM获取方面的大气校正研究却非常少见。本文研究星载重轨InSAR生产DEM时利用大气数值模式WRF(Weather... 详细信息

利用星载重复轨道合成孔径雷达干涉测量InSAR技术获取数字高程模型(DEM),无法避免大气延迟效应的影响。InSAR大气校正的方法很多,但在DEM获取方面的大气校正研究却非常少见。本文研究星载重轨InSAR生产DEM时利用大气数值模式WRF(Weather Research and Forecasting model)得到的水汽结果进行大气校正的问题,重点讨论大气校正的策略,包括WRF模式设置和大气校正时机的选择,简要介绍了基于WRF运算结果的大气校正方法。利用Terra SAR-X数据进行实验,检验了所提出方法的有效性,证明了在干涉相位解缠前进行大气校正,比在相位解缠后进行的效果更好。将所提出方法应用于多基线、多波段InSAR干涉结果融合中,实验结果表明大气校正能够有效降低误差,对于相干性较高的地区效果更好。

关键词：大气校正 DEM WRF InSAR 多基线多波段

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PET图像的DSP重建方法

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数据采集与处理 2013年第5期28卷 633-637页

作者：曾启明李琰纪震深圳大学信息工程学院深圳518060 深圳市嵌入式系统设计重点实验室深圳518060 深圳大学计算机与软件学院深圳518060

以美国德州仪器公司的高性能数字信号处理器TMS320C6455为核心,在低成本数字信号处理器(Digital signal processor,DSP)平台上优化并实现了一种基于滤波反投影的正电子发射断层扫描(Positron emission tomography,PET)图像重建算法滤波... 详细信息

以美国德州仪器公司的高性能数字信号处理器TMS320C6455为核心,在低成本数字信号处理器(Digital signal processor,DSP)平台上优化并实现了一种基于滤波反投影的正电子发射断层扫描(Positron emission tomography,PET)图像重建算法滤波反投影(Filtered back projection,FBP)。实验结果表明,通过针对性的算法和代码优化,系统能够在40s内完成512像素×512像素分辨率PET图像的重建,并获得满足应用需要的图像清晰度。基于DSP平台的PET图像重建方法在PET医学图像重建及其他医学成像领域具有良好的应用前景。

关键词：图像重建正电子发射断层扫描数字信号处理器滤波反投影

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全极化SAR图像边缘检测的随机距离法

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测绘学报 2015年第7期44卷 753-760页

作者：王庆曾琪明张海真焦健北京大学遥感与地理信息系统研究所北京市空间信息集成与3S工程应用重点实验室北京100871

提出了一种基于复Wishart分布随机距离的PolSAR图像边缘检测方法,将统计学中的随机距离理论引入PolSAR图像边缘检测中,依据的主要原理是边缘两侧类别之间随机距离的大小与边缘的方向和两侧类别差异的高度相关性。通过模拟数据对随机距... 详细信息

提出了一种基于复Wishart分布随机距离的PolSAR图像边缘检测方法,将统计学中的随机距离理论引入PolSAR图像边缘检测中,依据的主要原理是边缘两侧类别之间随机距离的大小与边缘的方向和两侧类别差异的高度相关性。通过模拟数据对随机距离检测边缘的性能进行了全面分析,表明随机距离具有准确的边缘定向和定位能力。并利用基于复Wishart分布随机数生成器模拟的PolSAR图像和一景机载全极化SAR图像进行了验证。试验结果证实了该方法检测边缘的效果。

关键词：随机距离 Wishart分布 PolSAR 边缘检测

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一种适用于时序InSAR的同质像元加权干涉相位滤波方法

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北京大学学报（自然科学版） 2018年第6期54卷 1242-1250页

作者：黄俊松曾琪明焦健高胜北京大学遥感与地理信息系统研究所北京100871 中国科学院电子学研究所北京100190

为了有效地利用多时相InSAR的时间维度信息,并保证滤波窗口内像元的同质性,提出一种同质像元加权干涉相位滤波方法。首先采用拟合优度检验,对多时相SAR图像的同质像元进行识别,然后在同质像元之间进行加权干涉相位滤波,以保证中心像元... 详细信息

为了有效地利用多时相InSAR的时间维度信息,并保证滤波窗口内像元的同质性,提出一种同质像元加权干涉相位滤波方法。首先采用拟合优度检验,对多时相SAR图像的同质像元进行识别,然后在同质像元之间进行加权干涉相位滤波,以保证中心像元在滤波过程中不受周边非同质像元干扰。基于真实干涉SAR图像的实验结果表明,与经典Goldstein滤波及Lee滤波相比,该滤波方法在目视效果、相位残差点数量及相位导数标准差3个指标上具有优势,实现滤波器的设计初衷。

关键词：时序InSAR 加权干涉相位滤波同质像元 Goldstein滤波 Lee滤波

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朝鲜第六次核爆后InSAR地表形变测量与分析

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科学通报 2019年第22期64卷 2351-2362页

作者：曾琪明周子闵朱猛焦健北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所

利用InSAR小基线集(SBAS)方法得到了朝鲜第六次核爆后其中心17 km×22 km范围内一些部位不同时刻(2017年9月10日~2018年6月1日每12 d间隔)的累积地表形变量.将这些测量点依空间相邻关系聚集成14个集合,按照集合内各点平均相干性进行加... 详细信息

利用InSAR小基线集(SBAS)方法得到了朝鲜第六次核爆后其中心17 km×22 km范围内一些部位不同时刻(2017年9月10日~2018年6月1日每12 d间隔)的累积地表形变量.将这些测量点依空间相邻关系聚集成14个集合,按照集合内各点平均相干性进行加权平均得到各集合的累积形变量.观测结果显示:(1) SBAS-InSAR能有效观测第六次核试验的热辐射后效阶段形变过程,爆炸中心附近在爆炸后10余天仍存在地表抬升现象,随后开始下沉,不同地方下沉速率和下沉量不同;(2)在冬春季可观测到可能主要因围岩内裂隙水冰冻带来的地表下沉减缓甚至抬升的现象, 2018年5月24日因朝鲜对部分核设施进行爆破使地表形变出现抬升.研究结果表明:(1)第六次核试验的热辐射后效阶段主要表现为围岩受高温高压作用变酥变软,变质后的围岩在重力作用下被压实并开始下沉,沉降的时间过程可以用Weibull模型进行拟合分析;(2)考虑受核爆影响的变质岩层厚度等因素建模分析最大沉降量,得到了爆炸中心垂直向影响距离约为1800~2300 m,变质后的岩石形变系数约为7×10^-5~8×10^-5,统计拟合优度为0.8,P值接近于0.

关键词：朝鲜第六次核试验 SBAS-InSAR 地表形变 Weibull模型冻融形变

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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

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北京大学学报（自然科学版） 2024年第2期60卷 265-276页

作者：张志亮曾琪明杨立功北京大学遥感与地理信息系统研究所北京大学地球与空间科学学院北京100871 空间信息集成与3S工程应用北京市重点实验室北京100871

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,... 详细信息

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。

关键词： ADSI-CLC方法分布式散射体矿区形变监测大同矿区

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