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基于cosi-corr技术的龙羊峡库区1987—2019年风沙输移特征及潜在入库量估算

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中国沙漠 2021年第6期41卷 249-261页

作者：邵梅罗万银车雪华王芳逯军峰邹松兵中国科学院西北生态环境资源研究院沙漠与沙漠化重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049 兰州大学资源环境学院甘肃兰州730000

风沙活动威胁着龙羊峡水库的安全运营,查清沙害来源和入库量对于防治水患和沙害具有重要意义。基于1987、1995、2003、2013、2019年的Landsat卫星影像,利用cosi-corr技术监测了龙羊峡库区不同时空的沙丘移动特征,并重新评估库区近32 a... 详细信息

风沙活动威胁着龙羊峡水库的安全运营,查清沙害来源和入库量对于防治水患和沙害具有重要意义。基于1987、1995、2003、2013、2019年的Landsat卫星影像,利用cosi-corr技术监测了龙羊峡库区不同时空的沙丘移动特征,并重新评估库区近32 a的潜在风沙入库量。结果显示:(1)1987-2019年龙羊峡库区沙丘平均移动速率为5.81 m·a^(-1),呈先加速(1987-2003年)后减速(2003-2013年)再加速(2013-2019年)趋势;沙丘移动方向在132.81°-165.82°范围内,与该区主风向一致。(2)近32 a向龙羊峡水库输送的潜在风沙量可达7.82×10^(7) m^(3)(1.20×10^(8) t)。上风向塔拉滩潜在输送量为7.38×10^(7) m^(3)(1.14×10^(8) t),下风向木格滩仅贡献了0.44×10^(7) m^(3)(0.68×10^(7) t)。(3)库区内风沙输移受风况、气候、植被等多种因素的影响,在未来全球变暖条件下,青藏高原的风沙活动将会持续发展,风沙入库量的长期累计效应将对水库安全构成严重威胁,必须引起足够重视。

关键词：龙羊峡水库风沙活动潜在风沙入库量 cosi-corr

不同偏移量追踪算法提取冰川流速的亚像素级精度比较

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冰川冻土 2024年第3期46卷 806-818页

作者：杨治斌李刚毛燕婷冯小蔓陈卓奇中山大学测绘科学与技术学院南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519082 极地环境立体观测与应用教育部重点实验室(中山大学) 广东珠海519082

偏移量追踪技术不易失相关,是利用光学与SAR卫星影像监测冰川流速的主要手段。该技术通过互相关方法获得像素级偏移量,并通过插值算法达到亚像素级别。实地测量冰川流速不易获取,难以用于验证亚像素级算法精度,因此本文采用图像处理方... 详细信息

偏移量追踪技术不易失相关,是利用光学与SAR卫星影像监测冰川流速的主要手段。该技术通过互相关方法获得像素级偏移量,并通过插值算法达到亚像素级别。实地测量冰川流速不易获取,难以用于验证亚像素级算法精度,因此本文采用图像处理方法对其精度进行分析。本研究以格陵兰Petermann和Kangerlussuaq冰川为例,通过模拟实验设定偏移量场并生成模拟的偏移影像,将cosi-corr、autoRIFT和ImGRAFT等偏移量追踪软件得到的结果与设定偏移量场对比,而后使用三次函数拟合判断是否存在系统误差,并通过拟合函数的反函数对其进行校正。结果表明cosi-corr软件的偏移结果的亚像素级系统误差较小,而autoRIFT和ImGRAFT存在一定的亚像素级系统误差且与实验区无关。autoRIFT的亚像素级系统偏差最大,校正后其单方向RMSE平均提升了0.0054 pixels(px),提升率约为11%;而ImGRAFT(CCF-O)和ImGRAFT(NCC)的单方向RMSE平均分别提升了0.0014 px和0.0012 px,提升率较小。经校正后,autoRIFT精度最优,Petermann和Kangerlussuaq冰川区域的单方向综合精度分别为0.04 px和0.12 px;ImGRAFT(CCF-O)表现次之,不同实验条件下的单方向精度约为0.08 px;Im GRAFT (NCC)较差,Petermann和Kangerlussuaq冰川区域的单方向综合精度分别约为0.09 px和0.12 px。

关键词：偏移量追踪法 cosi-corr autoRIFT ImGRAFT 插值精度冰川流速

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基于无人机遥感影像的滑坡形态变形特征:以陇南白龙江流域泻流坡滑坡为例

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科学技术与工程 2024年第7期24卷 2665-2672页

作者：陈远铭叶振南陈宗良王高峰中国建筑材料工业地质勘查中心河北总队保定071051 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心保定071051

2020年8—9月陇南白龙江流域泻流坡滑坡持续发生变形,严重威胁坡脚居民生命财产安全。以泻流坡滑坡为研究对象,基于高分辨率无人机影像提取了泻流坡滑坡滑动前后的正射影像和数字地表模型,利用cosi-corr软件对滑动前后的两期影像进行相... 详细信息

2020年8—9月陇南白龙江流域泻流坡滑坡持续发生变形,严重威胁坡脚居民生命财产安全。以泻流坡滑坡为研究对象,基于高分辨率无人机影像提取了泻流坡滑坡滑动前后的正射影像和数字地表模型,利用cosi-corr软件对滑动前后的两期影像进行相关性分析,计算得到滑坡表面特征点的偏移量信息,并通过DSM(digital surface model)的方法获取垂直向的变化量,最后对泻流坡滑坡的运动和物质变化进行了解译和分析,探讨了中高山峡谷区堆积层滑坡形成演化过程及破坏机制。研究结果表明:泻流坡滑坡变形区主要为滑源区左侧中下部和右侧次级滑坡,垂向最下滑移量5.89 m,平均水平位移6.24 m,滑源区近42%区域发生了形变;2020年6—9月,泻流坡滑坡滑动体积33 871 m3,堆积体积10 215 m3,降雨侵蚀体积23 656 m3;破坏模式为倾倒拉裂-蠕滑复合型滑坡。无人机高精度数据不仅可以清楚直观地识别滑坡形变破坏迹象,还可以进行地表垂直位移、水平位移、体积变化及滑动前后剖面的计算,为抢险救灾、科学决策提供了重要依据,具有广阔的应用前景。

关键词：无人机 cosi-corr 差分DSM 演化特征泻流坡滑坡

Landsat 5 TM沙丘迁移场的误差消除与时序反演:以毛乌素沙地西北部沙丘为例

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遥感学报 2023年第11期27卷 2552-2564页

作者：杨定江冯光财冯志雄李国帅张洁中南大学地球科学与信息物理学院雷达遥感实验室长沙410083 中国科学院青藏高原研究所环境变化与地表过程重点实验室&国家青藏高原科学数据中心北京100101 中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统科学国家重点实验室北京100101 青海省基础测绘院西宁810001

通过cosi-corr软件处理Landsat 5 TM可以较好地量化沙丘的迁移模式和速度大小,为防沙治沙工程的实施提供具体的指导和建议。目前关于Landsat 5 TM迁移场误差源分析和时序反演研究仍然较少。本文以毛乌素沙地西北部为研究区域获取了1991... 详细信息

通过cosi-corr软件处理Landsat 5 TM可以较好地量化沙丘的迁移模式和速度大小,为防沙治沙工程的实施提供具体的指导和建议。目前关于Landsat 5 TM迁移场误差源分析和时序反演研究仍然较少。本文以毛乌素沙地西北部为研究区域获取了1991年—2000年的沙丘迁移时间序列和年平均速度场,发现Landsat 5 TM迁移场的主要误差为轨道误差、姿态角误差和失相关噪声,这些误差消除后,精度相继提升23%—34%、4%—20%、2%—5%,再利用最小二乘法反演后可提升13%—14%。监测结果表明,1991年—2000年毛乌素沙地西北部沙丘向东南方向持续推进,最大速度可超过6 m/a,但受到西北—东南向的风力作用下,沿西北—东南向存在周期性往返运动;研究区域速度为0—1 m/a的占63.9%,大于3 m/a的则只有4.2%。Landsat 5 TM的误差消除和时序反演能有效地提高迁移场精度,进而获取更加准确可靠的时间序列。与以往研究不同的是,沙丘迁移场的误差消除和时序反演后可以更细致地反映出沙丘地表的实际风能环境。

关键词： Landsat 5 TM cosi-corr 误差分析沙丘迁移毛乌素沙地

Assessment of glacier stored water in Karakoram Himalaya using satellite remote sensing and field investigation

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Journal of Mountain Science 2019年第4期16卷 836-849页

作者： Kamal Kant SINGH Harendra Singh NEGI Dhiraj Kumar SINGH Snow and Avalanche Study Establishment

Karakoram Himalaya(KH) has continental climatic conditions and possesses largest concentration of glaciers outside the polar regions. The melt water from these glaciers is a major contributor to the Indus river. In this study, various methods have been used to estimate the ice volume in the Karakoram Range of glaciers such as Coregistration of Optically Sensed Images and correlation(cosi-corr) method and Area-Volume relations. Landsat 8 satellite data has been used to generate the ice displacement, velocity and thickness map. Our study for 558 Karakoram glaciers revealed that the average ice thickness in Karakoram is 90 m. Ground Penetrating Radar(GPR) survey has been conducted in one of the KH glacier i.e. Saser La glacier and the collected GPR data is used for the validation of satellite derived thickness map. GPR measured glacier thickness values are found comparable with satellite estimated values with RMSE of 4.3 m. The total ice volume of the Karakoram glaciers is estimated to be 1607±19 km3(1473±17 Gt), which is equivalent to 1473±17 km3 of water equivalent. Present study also covers the analysis of glacier surface displacement, velocity and ice thickness values with reference to glacier mean slope.

关键词： Glacier cosi-corr Karakoram Range Ground Penetrating Radar GPR Volume-Area

基于光学遥感像素偏移量的金沙江流域2018年白格滑坡演变过程

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地球科学与环境学报 2022年第6期44卷 1002-1015页

作者：董岳丁明涛李鑫泷张雪松黄武彪刘振江李振洪长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 长安大学地学与卫星大数据研究中心陕西西安710054 长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室陕西西安710054

随着光学遥感卫星的增多以及影像质量的提升,利用光学遥感影像监测地表形变呈现出极大的发展潜力。以金沙江流域典型的高位远程滑坡——白格滑坡为例,选取Sentinel-2光学影像,综合利用像素偏移量跟踪(Offset-tracking)技术和时序反演(Ti... 详细信息

随着光学遥感卫星的增多以及影像质量的提升,利用光学遥感影像监测地表形变呈现出极大的发展潜力。以金沙江流域典型的高位远程滑坡——白格滑坡为例,选取Sentinel-2光学影像,综合利用像素偏移量跟踪(Offset-tracking)技术和时序反演(Time-series Inversion)算法,对2018年“10·10”白格滑坡和“11·3”白格滑坡前后的地表形变进行了反演与分析。结果表明:①“10·10”白格滑坡发生前(2015年11月13日~2018年2月5日)坡体最大水平位移为31.69 m,时序位移呈现出明显的“初始启动→等速变形→加速变形”过程特征;②“11·3”白格滑坡发生前(2018年10月28日~2018年11月2日)东西向(主滑方向)形变高达12.89 m,与雷达影像偏移量跟踪结果一致;③“11·3”白格滑坡发生后(2020年1月16日~2022年2月4日)部分残留堆积体东西向累计形变最高达7.71 m,滑移迹象明显,存在再次成灾风险。通过分析cosi-corr和CARST两种光学影像偏移量跟踪软件的形变结果、InSAR形变探测结果和无人机三维变化检测结果,验证光学影像偏移量跟踪方法探测地表形变具有较好的精度和可靠性。

关键词：光学遥感偏移量跟踪技术时序反演算法 cosi-corr CARST DEM差分形变监测白格滑坡金沙江流域

光学遥感影像时序偏移量追踪分析的配对方法研究

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光学遥感影像时序偏移量追踪分析的配对方法研究

作者：孟岭恩长安大学

学位级别：硕士

灾害频发、隐患严重是我国地质灾害的实况描述,对我国人民的生命与财产安全造成极大危害。利用卫星遥感影像,反演分析地表形变是预测灾害风险、主动防灾减灾的有效途径。本文研究地震同震场反演的光学与SAR影像像素偏移量追踪技术,并针... 详细信息

灾害频发、隐患严重是我国地质灾害的实况描述,对我国人民的生命与财产安全造成极大危害。利用卫星遥感影像,反演分析地表形变是预测灾害风险、主动防灾减灾的有效途径。本文研究地震同震场反演的光学与SAR影像像素偏移量追踪技术,并针对像素时序偏移量分析现存问题,提出了一种基于最小生成树的影像配对策略,降低了像素偏移量解算成本。主要研究工作和成果包括:(1)针对门源地震同震场形变反演,本文研究了cosi-corr软件的参数设置方案的优化。利用Sentinel-2与Landsat9影像获取门源地震同震场的地表破裂带形变信息,分析比较两个光学平台偏移量估计技术在微小形变信息提取中的实际应用精度和理论精度。进一步利用Sentinel-1A降轨影像获取门源地震同震场的地表破裂带形变信息,验证互相关匹配原理相似但成像方式不同的Sentinel-2影像获取的偏移量估计精度。最终结果表明:对于cosi-corr软件,具有10米空间分辨率的Sentinel-2影像是实现光学影像像素偏移量追踪技术的最佳选择;Sentinel-2影像像素偏移量估计的实际有效精度高于1/20像元(0.5米)的理论有效精度;Sentinel-1A影像获取的整体形变信息与Sentinel-2影像结果相似。(2)针对光学时序偏移量分析中多种冗余观测配对策略存在的影像匹配对数量多、运算成本高及时序偏移量解算速率低等问题,本文提出了一种基于最小生成树(Minimum Spanning Tree,MST)算法获得影像匹配对的选取策略,此策略将太阳方位差(Solar Azimuth Disparity,SAD)、太阳高度差(Solar Elevation Disparity,SED)、时间基线(Temporal Baseline,TB)三种信息作为MST算法的基线变量。分析比较与以首幅影像为基准的累积偏移量、基于“基线阈值法”配对策略实现的累积时序偏移量的形变信息差异。利用Sentinel-2影像对Siguas滑坡进行光学影像像素时序偏移量分析,结果表明:与累积偏移量相比,累积时序偏移量具有较为真实的形变信息;与“基线阈值法”影像配对策略相比较,基于MST影像配对策略以更少的影像匹配对实现与之相似的时序偏移量形变信息,且互相关运算成本低、时序偏移量解算速度快。

关键词：像素偏移量追踪技术 cosi-corr Sentinel-2 Landsat9 Sentinel-1A 最小生成树(MST) 时序偏移量

断裂带滑坡变形特征及稳定性分析 ——以舟曲牙豁口滑坡为例

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断裂带滑坡变形特征及稳定性分析 ——...

作者：孟祥沛兰州大学

学位级别：硕士

强烈的构造活动导致地表的快速隆升,也对区内岩体的完整性造成严重破坏,随着极端气候事件的加剧以及人类活动综合影响,使得舟曲成为我国滑坡、泥石流等地质灾害发育最为严重的区域之一。近年来,舟曲地区先后发生了牙豁口滑坡、果耶滑坡... 详细信息

强烈的构造活动导致地表的快速隆升,也对区内岩体的完整性造成严重破坏,随着极端气候事件的加剧以及人类活动综合影响,使得舟曲成为我国滑坡、泥石流等地质灾害发育最为严重的区域之一。近年来,舟曲地区先后发生了牙豁口滑坡、果耶滑坡等重大灾情,滑坡不仅危害人民群众的生命财产安全而且还严重制约着舟曲当地经济社会的发展。开展断裂带滑坡全过程监测与识别以及稳定性评价,可以为类似地质背景和地貌环境下的滑坡预警和灾害评估提供重要的科学参考。合成孔径雷达干涉测量（In SAR）技术精度高且不受天气影响,已被广泛应用于滑坡形变监测等领域,光学影像配准相关（cosi-corr）技术通过相位相关来提取大型滑坡的水平位移,且能解决In SAR技术监测大位移时失相干的难题,它与In SAR技术相结合可以监测滑坡形变的全过程。因此,本文以牙豁口滑坡为研究对象,通过In SAR技术研究其形变历史,运用cosi-corr技术复现其滑动过程。并总结滑坡形变特征,确定其破坏模式。结合野外现场调查及工程地质资料,运用数值模拟的手段对其进行稳定性评价。在遥感监测及数值模拟的基础上对滑坡的工程治理提出科学有效的建议。该研究成果对该地区其他断裂带滑坡的调查以及监测预警具有借鉴意义,能够进一步提高对舟曲地区断裂带滑坡的演化等方面的认识,在区域的防灾减灾工作中发挥积极的作用。本研究共取得如下四个主要研究成果:（1）运用SBAS-In SAR技术获取了牙豁口滑坡前期时空形变特征。结果表明滑坡在2014年10月至2017年4月处于稳定蠕滑阶段,滑坡在2017年4月至9月及2018年4月至9月处于波动蠕滑阶段,滑坡在2019年7月之后处于加速失稳阶段;并通过野外现场调查,验证了牙豁口滑坡形变结果的可靠性。基于野外现场调查和水文分析,确定了造成滑坡形变空间差异性的主要因素有岩性、地形和降水。发现滑坡在4-9月的形变速率产生较大波动的原因是在该时间段内区域降水集中。（2）运用cosi-corr技术获得了牙豁口滑坡的滑动特征。提取了滑坡在2019年7月复活滑动的二维位移场,结果显示滑坡从上部启动,到8月15日已滑动至岷江,滑动方向集中在45-135°之间。确定了滑坡在2019年8月3日之前处于加速滑动状态,在2019年8月10日之后处于减速滑动状态;并使用GNSS数据验证了cosi-corr结果的准确性。（3）综合SBAS-In SAR与cosi-corr结果,确定了该断裂带滑坡的破坏模式。牙豁口滑坡整体的滑动模式是由后向前,推挤滑动的渐进破坏模式。滑坡中部和下部受到上部的推进挤压而发生滑动,结合遥感观测及现场调查,滑坡的上部是一个小型的牵引式滑坡。滑坡上部在降水等因素的作用下先发生复活,进而逐级向下传导,在滑坡体上形成正反馈,最终使整个滑坡复活。（4）基于FLACSLOPE,使用强度折减法对牙豁口滑坡进行稳定性分析,求得滑坡在破坏时安全系数为0.91。暴雨和地震工况下的模拟结果表明,暴雨能显著降低滑坡稳定性,地震能加速滑坡失稳。通过设置抗滑桩发现,抗滑桩能明显提高断裂带滑坡的稳定性。

关键词：牙豁口滑坡形变特征 SBAS-InSAR cosi-corr 稳定性评价

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基于光学影像的滑坡位移提取方法及应用

测绘通报 2021年第S1期 178-182页

作者：孟祥沛曾润强赵淑芬姚云琦王鸿张宗林孟兴民兰州大学地质科学与矿产资源学院甘肃兰州730000 甘肃省环境地质与灾害防治技术创新中心甘肃兰州730000

为实现通过遥感手段对滑坡灾情进行评价、对滑坡滑动性质做出判断的目的,本文以不同时间的Sentinel-2和UAV影像为数据源,采用光学遥感影像配准与关联(cosi-corr)方法提取江顶崖滑坡的水平位移。对比分析了以同源和多源影像为数据源的计... 详细信息

为实现通过遥感手段对滑坡灾情进行评价、对滑坡滑动性质做出判断的目的,本文以不同时间的Sentinel-2和UAV影像为数据源,采用光学遥感影像配准与关联(cosi-corr)方法提取江顶崖滑坡的水平位移。对比分析了以同源和多源影像为数据源的计算结果,探究cosi-corr对多源影像数据的兼容性。同源数据的试验结果表明,2018年江顶崖滑坡最大位移为140 m,平均位移为20.6 m。滑坡上部位移大于下部位移,即反映出该滑坡为推移式滑动。此外,结合降雨资料分析了滑坡的诱因。以多源影像为数据源,提取出了正确的滑动特征,表明了cosi-corr支持多源影像融合关联。根据研究成果可判断灾情规模,为灾后工程治理提供参考,同时cosi-corr也拓宽了UAV影像的应用范围。

关键词： cosi-corr 江顶崖滑坡滑坡位移 UAV影像位移场