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Kilometer-resolution three-dimensional crustal deformation of Tibetan Plateau from insar and GNSS

Science China Earth Sciences 2024年第6期67卷 1818-1835页

作者： Chuanjin LIU Lingyun JI Liangyu ZHU Caijun XU Chaoying ZHAO Zhong LU Qingliang WANG School of Geodesy and Geomatics Wuhan UniversityWuhan 430079China The Second Monitoring and Application Center China Earthquake AdministrationXi’an 710054China College of Geological Engineering and Geomatics Chang’an UniversityXi’an 710054China Roy M.Huffington Department of Earth Sciences Southern Methodist UniversityDallasTX 75025USA

Located at the forefront of the collision between the Indian and Eurasian Plates,the Tibetan Plateau experiences intense crustal movement.Traditional ground-based geodetic monitoring,such as GNSS and leveling,is challenging,due to factors such as high altitude and harsh climate,making it difficult to accurately determine a high-resolution crustal deformation field of the plateau.Unaffected by ground observation conditions,insar technique has key advantages for obtaining extensive and high-resolution crustal deformation fields.This makes it indispensable for crustal deformation monitoring on the Tibetan Plateau.This study used Sentinel-1 data from 2014 to 2020 to compute the ascending and descending insar deformation fields for the Tibetan Plateau.This was conducted with a measurement accuracy of approximately 3 mm/yr.Building upon this,we integrated insar and GNSS data to yield kilometer-resolution three-dimensional(3D)crustal deformation and strain rate fields for the Tibetan Plateau.A spherical wavelet analysis was used to decompose the 3D deformation field and separate the nontectonic crustal deformation to increase the strength of the tectonic deformation signal.Short-wavelength(110 km)deformation mainly results from subsidence in the central plateau and uplifts along the Himalayan Arc.This indicates that the Tibetan Plateau may have stopped the entire uplift and entered a local collapse stage.Furthermore,the deformation fields at different spatial scales reveal that the plateau exhibits discontinuous deformation in short wavelengths and continuous deformation in long wavelengths.The findings of this study contribute to resolving the controversy between the Block and Continuum Deformation models of the Tibetan Plateau.

关键词： Tibetan Plateau insar GNSS 3D Deformation Deformation Model

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Deformation,structure and potential hazard of a landslide based on insar in Banbar county,Xizang(Tibet)

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China Geology 2024年第2期7卷 203-221页

作者： Guan-hua Zhao Heng-xing Lan Hui-yong Yin Lang-ping Li Alexander Strom Wei-feng Sun Chao-yang Tian College of Earth Science and Engineering Shandong University of Science and TechnologyQingdao 266590China State Key Laboratory of Resources and Environmental Information System Institute of Geographic Sciences and Natural Resources ResearchChinese Academy of SciencesBeijing 100101China School of Geological Engineering and Geomatics Chang’an UniversityXi’an 710054China Key Laboratory of Ecological Geology and Disaster Prevention Ministry of Natural ResourcesXi’an 710054China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China JSC“Hydroproject Institute” Moscow 125993Russia

The Tibetan Plateau is characterized by complex geological conditions and a relatively fragile ecological environment.In recent years,there has been continuous development and increased human activity in the Tibetan Plateau region,leading to a rising risk of landslides.The landslide in Banbar County,Xizang(Tibet),have been perturbed by ongoing disturbances from human engineering activities,making it susceptible to instability and displaying distinct features.In this study,small baseline subset synthetic aperture radar interferometry(SBAS-insar)technology is used to obtain the Line of Sight(LOS)deformation velocity field in the study area,and then the slope-orientation deformation field of the landslide is obtained according to the spatial geometric relationship between the satellite’s LOS direction and the landslide.Subsequently,the landslide thickness is inverted by applying the mass conservation criterion.The results show that the movement area of the landslide is about 6.57×10^(4)m^(2),and the landslide volume is about 1.45×10^(6)m^(3).The maximum estimated thickness and average thickness of the landslide are 39 m and 22 m,respectively.The thickness estimation results align with the findings from on-site investigation,indicating the applicability of this method to large-scale earth slides.The deformation rate of the landslide exhibits a notable correlation with temperature variations,with rainfall playing a supportive role in the deformation process and displaying a certain lag.Human activities exert the most substantial influence on the spatial heterogeneity of landslide deformation,leading to the direct impact of several prominent deformation areas due to human interventions.Simultaneously,utilizing the long short-term memory(LSTM)model to predict landslide displacement,and the forecast results demonstrate the effectiveness of the LSTM model in predicting landslides that are in a continuous development and movement phase.The landslide is still active,and based on the spatial heterogeneity of landslide deform

关键词： Landslide insar Human activity Deformation Structure LSTM model Engineering construction Thickness Neural network Machine learning Prediction and prevention Tibetan Plateau Geological hazards survey engineering

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Source model of the 2018 MW7.5 Papua New Guinea earthquake constrained by insar measurements: Insight into a blind rupture beneath the New Guinea Highlands

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Geodesy and Geodynamics 2024年第4期15卷 315-325页

作者： Wei Chen Tianchen Sheng Wei Xiong Key Laboratory of Earthquake Geodesy Institute of SeismologyChina Earthquake Administration Qinghai Provincial Basic Surveying and Mapping Institute School of Geodesy and Geomatics Wuhan University

The Southern Highland Fold and Thrust Belt（SHFTB）, the boundary of the Australian plate and the New Guinea Highland block, significantly contributes to the convergent deformation along the plate boundary. However, due to the lack of observation data, the detailed slip pattern of the SHFTB and the orogenic mechanism beneath the New Guinea Highlands remains controversial. On 25 February 2018, the MW7.5 Papua New Guinea（PNG） earthquake struck the southeastern segment of the SHFTB. The detailed rupture characteristics of this event is significant for further clarifying the inter-seismic slip pattern along the SHFTB. Here, the coseismic deformation field of this earthquake was obtained using high-resolution ALOS-2 satellite images. We find that the 2018 MW7.5 PNG earthquake ruptured a large-scaled fault（SHFTB） extending to the lower crust（deeper than 20 km） beneath the New Guinea Highlands, with a dip angle of 24°. The slips on the fault plane are equivalent to moment magnitudes of MW7.51. Three major asperities with thrust-dominated slip of up to 3.94 m are detected on the fault plane. This finding implies that the slip pattern on the eastern segment of the SHFTB is dominated by thrust, rather than with significant sinistral movement, as previously reported. The tectonic deformation across the New Guinea Highlands is possibly concentrated on the large-scale fault SHFTB and primarily controls the intracontinental orogeny in the central Papua New Guinea.

关键词： 2018 M W 7.5 Papua New Guinea earthquake The Southern Highlands Fold-and-Thrust Belt insar Slip distribution Seismic risk

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insar相位解缠最大流/最小割权值改进算法

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测绘学报 2024年第4期53卷 644-652页

作者：高延东贾义琨李世金陈宇李怀展郑南山张书毕中国矿业大学自然资源部国土环境与灾害监测重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116

insar已经在高精度DEM反演中得到了广泛应用,相位解缠技术是影响DEM获取精度的关键步骤之一,然而大梯度变化区域一直是影响解缠结果精度的核心问题。针对该问题,本文提出一种基于势函数改进权值的最大流/最小割相位解缠算法。首先,针对P... 详细信息

insar已经在高精度DEM反演中得到了广泛应用,相位解缠技术是影响DEM获取精度的关键步骤之一,然而大梯度变化区域一直是影响解缠结果精度的核心问题。针对该问题,本文提出一种基于势函数改进权值的最大流/最小割相位解缠算法。首先,针对PUMA模型权值设置不合理的问题进行研究,利用外部已有DEM获取相位梯度变化的先验信息,将窗口最大绝对相位梯度值代入相应的势函数公式中获取权值;然后,通过对势函数权值的设置进行阈值调节,解决由于势函数权值设置不合理导致PUMA势函数无法发挥作用引起的解缠错误问题,进而提高大梯度变化区域相位解缠精度;最后,通过仿真数据和真实TanDEM-X insar数据对本文算法进行验证,并与已有方法进行对比。结果表明,仿真数据中本文算法可以提高至少44.93%的解缠精度,真实数据中在大梯度变化区域,本文算法较已有算法可以获得更大范围的有效解缠结果。

关键词： insar 势函数最大流/最小割相位解缠

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insar数据约束下的2023年赫拉特地震序列发震断层探讨及其建筑物损毁评估

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第5期49卷 722-733页

作者：刘振江韩炳权刘海辉李振洪能懿菡陈博彭建兵长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 黄土科学全国重点实验室陕西西安710054 长安大学地学与卫星大数据研究中心陕西西安710054 西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室陕西西安710054 自然资源部生态地质与灾害防控重点实验室陕西西安710054

2023年10月7日阿富汗西部赫拉特省在不足1 h内接连发生4次Mw 5.5+的地震,称之为“2023年赫拉特地震序列”,此次地震序列是阿富汗境内过去20多年来遭遇伤亡最严重的地震事件,研究该地震序列的发震断层几何和快速分析损坏建筑物的分布状... 详细信息

2023年10月7日阿富汗西部赫拉特省在不足1 h内接连发生4次Mw 5.5+的地震,称之为“2023年赫拉特地震序列”,此次地震序列是阿富汗境内过去20多年来遭遇伤亡最严重的地震事件,研究该地震序列的发震断层几何和快速分析损坏建筑物的分布状况对理解Herat断裂系统的构造机制、保障高效救援以及灾后规划重建等工作具有重要科学意义。基于欧洲空间局Sentinel-1升降轨合成孔径雷达影像,利用insar技术(interferometric synthetic aperture radar)获取2023年赫拉特地震序列的同震形变场,以升降轨insar观测为约束,反演确定发震断层几何和断层滑动分布,并对发震构造进行分析;基于多时相insar相干性变化探测方法分析并提取本次震后建筑物损毁代理图(building damage proxy map,BDPM)。结果表明,升降轨同震形变场均位于Herat断裂带和Siakhubulak断裂带之间,升降轨数据观测得到的最大视线向形变量分别约为32.3 cm和58.9 cm。反演结果显示,同震位错以逆冲运动为主兼具少量右旋走滑运动,发震断层北倾,倾角约为34°;同震滑动未破裂至地表,主要发生在2~8 km深度,最大滑动量为2.5 m,位于5.3 km深度处,反演得到的矩震级为Mw 6.53。利用多源遥感数据综合分析,初步判定发震断层为Herat断裂带北侧的一个未被填图的逆冲性质的北倾断层。BDPM结果表明,该地震序列对震中40 km范围的建筑物造成较为严重的损毁,其可能是该地震引发大规模人员伤亡的直接原因。

关键词： 2023年赫拉特地震序列 insar 同震地表形变断层滑动分布建筑物损害代理图

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潮汐效应对沿海多条带时序insar地表形变监测的影响

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地球物理学报 2024年第4期67卷 1342-1355页

作者：胡文杰彭葳刘斌邢学敏朱珺林东方长沙理工大学湖南省公路先进建养技术国际科技创新合作基地长沙410114 长沙理工大学交通运输工程学院长沙410114 湖南科技大学地理空间信息技术国家地方联合工程实验室湖南湘潭411201

潮汐效应对沿海大范围、高精度的合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar,insar)技术地表形变监测的影响不可忽略.潮汐效应中的固体潮(Solid Earth Tide,SET)位移和海洋潮汐负荷(Ocean Tide Loading,OTL)位移... 详细信息

潮汐效应对沿海大范围、高精度的合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar,insar)技术地表形变监测的影响不可忽略.潮汐效应中的固体潮(Solid Earth Tide,SET)位移和海洋潮汐负荷(Ocean Tide Loading,OTL)位移会在时间和空间域上对沿海大范围insar地表形变监测产生分米级的误差,而且不同条带中地表潮汐形变时空差异性会对多条带insar影像拼接产生较大误差.本文针对沿海地区多条带insar形变时序,重点分析了潮汐效应在不同条带insar地表沉降监测中的影响,并采用多种潮汐位移估计方法对多条带地表潮汐形变进行改正.结果表明,研究区域不同条带时序insar中地表潮汐形变具有较大的时空差异性,其造成沿海地区相邻条带时序insar地表沉降速率差异能达到1~2 cm·a^(-1);通过固体潮模型、海潮负荷模型或GPS参考站网海潮位移改正,能够消除不同条带中地表潮汐形变时空差异性对时序insar形变结果拼接产生的空间高阶非线性误差,弥补了传统拼接方法在拟合潮汐位移偏差的不足.在大气延迟误差改正的基础上,时序insar形变残差的标准差(Standard Deviation,STD)由潮汐改正前的2.3 cm减少至0.75 cm;本文研究揭示了沿海地表潮汐形变改正对多条带时序insar形变结果拼接的重要性,可大幅提高沿海地区广域时序insar地表形变监测的精度.

关键词：固体潮海洋潮汐负荷沿海形变监测 insar 多条带拼接

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Monitoring Surface Deformation Using Distributed Scatterers insar

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Journal of Geodesy and Geoinformation Science 2024年第1期7卷 42-58页

作者： LI Haocheng DONG Jie WANG Yi’an LIAO Mingsheng State Key Laboratory of Information Engineering in Surveying Mapping and Remote SensingWuhan UniversityWuhan 430079China School of Remote Sensing and Information Engineering Wuhan UniversityWuhan 430079China

In the past two decades,extensive and in-depth research has been conducted on Time Series insar technology with the advancement of high-performance SAR satellites and the accumulation of big SAR data.The introduction of distributed scatterers in Distributed Scatterers insar(DS-insar)has significantly expanded the application scenarios of insar geodetic measurement by increasing the number of measurement points.This study traces the history of DS-insar,presents the definition and characteristics of distributed scatterers,and focuses on exploring the relationships and distinctions among proposed algorithms in two crucial steps:statistically homogeneous pixel selection and phase optimization.Additionally,the latest research progress in this field is tracked and the possible development direction in the future is discussed.Through simulation experiments and two real insar case studies,the proposed algorithms are compared and verified,and the advantages of DS-insar in deformation measurement practice are demonstrated.This work not only offers insights into current trends and focal points for theoretical research on DS-insar but also provides practical cases and guidance for applied research.

关键词： insar permanent scatterers distributed scatterers statistically homogeneous pixel selection phase optimization

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基于R2AU-Net的insar相位解缠方法

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测绘学报 2024年第3期53卷 435-449页

作者：何毅杨旺朱庆兰州交通大学测绘与地理信息学院甘肃兰州730070 地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心甘肃兰州730070 甘肃省地理国情监测工程实验室甘肃兰州730070 西南交通大学地球科学与环境工程学院四川成都611756

insar相位解缠的质量直接影响地形高程或地表形变的反演精度。传统的基于非机器学习模型的相位解缠方法(如基于路径跟踪或最小范数)在低相干性或相位梯度较大(干涉条纹密集)的区域难以获得正确解缠结果。深度神经网络算法在非线性表示... 详细信息

insar相位解缠的质量直接影响地形高程或地表形变的反演精度。传统的基于非机器学习模型的相位解缠方法(如基于路径跟踪或最小范数)在低相干性或相位梯度较大(干涉条纹密集)的区域难以获得正确解缠结果。深度神经网络算法在非线性表示和特征表达能力方面具有独特优势,被广泛应用于数字图像处理研究中,insar相位解缠可视为图像回归。本文提出基于R2AU-Net深度神经网络的insar相位解缠方法。首先,基于数学分形法模拟成对的缠绕和解缠相位,避免了外部DEM合成相位时引入的固有误差和残缺问题,保持了地貌特征的多样性及复杂性,得到模型训练所需的数据集。然后,基于传统的U-Net模型构建R2AU-Net相位解缠模型,该模型结合注意力机制增强了模型对于卷积特征筛选能力,提高了在低相干或条纹密集区域的解缠性能;使用循环残差卷积结构,避免了梯度消失问题,增强了模型特征表示能力。最后,利用模拟和真实数据进行试验分析,结果表明本文提出的R2AU-Net相位解缠模型能够更有效地保留地形高程或真实地表形变信息,提高了解缠结果的可靠性,在性能表现上优于Goldstein枝切法、SNAPHU方法及CNN和U-Net相位解缠模型。

关键词： insar 相位解缠深度神经网络 U-Net 地表形变

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insar观测揭示的2024年新疆乌什Mw 7.0地震地表形变及发震断层模型

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武汉大学学报(信息科学版) 2024年

作者：能懿菡韩炳权刘振江李振洪宋闯余琛李素菊彭建兵应急管理部国家减灾中心长安大学地质工程与测绘学院西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室黄土科学全国重点实验室自然资源部生态地质与灾害防控重点实验室长安大学地学与卫星大数据研究中心

2024年1月23日，新疆维吾尔自治区乌什县发生了Mw 7.0地震，本次地震是天山地震带迈丹-沙依拉姆断裂区域近20年以来发生的最大地震，该地震的发生为深入理解天山地震带断层系统的破裂行为和构造活动提供了机会。为确定2024年乌什地震的... 详细信息

2024年1月23日，新疆维吾尔自治区乌什县发生了Mw 7.0地震，本次地震是天山地震带迈丹-沙依拉姆断裂区域近20年以来发生的最大地震，该地震的发生为深入理解天山地震带断层系统的破裂行为和构造活动提供了机会。为确定2024年乌什地震的断层几何和滑动分布并评估区域危险性，利用合成孔径雷达干涉技术研究了2024年乌什地震的发震断层模型。首先利用升、降轨Sentinel-1A卫星雷达影像获取2024年乌什地震的同震地表形变场，然后利用多峰值优化粒子群算法确定本次地震的均匀滑动模型，在此基础上基于非负最小二乘算法反演发震断层的精细滑动分布，最后利用库伦失稳准则评估发震区域周边的地震危险性。研究结果显示，升降轨视线向最大抬升位移～74 cm，最大沉降位移～14 cm；本次地震的发震断层倾向北北西，倾角55°，走向～230°，滑动角～42°，发震断层呈现逆冲兼具左旋走滑分量的运动性质，符合区域活动断裂的运动模式。综合反演结果以及前人的地震地质研究初步判断发震断层为迈丹-沙依拉姆断裂带的次级断裂。库伦应力结果表明，阔克萨勒断裂区域、大石峡断裂区域和托什干断裂（震中西北部分）区域都处于应力加载状态，这些区域未来地震风险需要被重点关注。

关键词： 2024年乌什地震 insar 同震地表形变断层滑动分布库伦应力变化

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基于实测气象参数的insar大气校正及其应用研究

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大地测量与地球动力学 2024年第2期44卷 144-149页

作者：黄嘉艇孔扬王盼占果唐旭南京信息工程大学遥感与测绘工程学院南京210044 宁波市气象局浙江宁波315012 华设设计集团股份有限公司南京210014

针对传统insar技术在监测地表形变时受对流层延迟影响的问题,利用地面实测气象参数和NCEP气象再分析资料建立大气校正模型,对生成的鄞州区干涉图进行对流层延迟校正,获取鄞州区2018~2020年高精度地表形变分布。为分析不同大气校正模型... 详细信息

针对传统insar技术在监测地表形变时受对流层延迟影响的问题,利用地面实测气象参数和NCEP气象再分析资料建立大气校正模型,对生成的鄞州区干涉图进行对流层延迟校正,获取鄞州区2018~2020年高精度地表形变分布。为分析不同大气校正模型对对流层延迟效应的削弱效果,将监测结果与同期实测水准数据作对比。结果发现,地面气象信息模型、NCEP气象再分析资料模型和未加大气校正的insar监测结果的均方根误差RMSE分别为2.78 mm、3.86 mm、5.62 mm,表明利用地面气象信息模型校正大气相位误差具有更高的监测精度,能有效削弱对流层延迟对干涉测量结果的影响。

关键词：天顶对流层延迟实测气象参数 NCEP气象再分析资料地面沉降 insar

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