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基于多星MT-InSAR的崇明岛近十三年地表形变时序反演及海岸洪涝模拟

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基于多星MT-InSAR的崇明岛近十三年地表形变时序反演及海岸洪涝模...

作者：姚程方华东师范大学

学位级别：硕士

崇明岛是位于长江口的河口冲积岛,并计划建设成为一座世界级的生态岛,是上海重要的生态屏障。崇明岛是由上游河流挟带巨量泥沙在河口沉积形成的岛屿,河口沉积物土层孔隙比大、含水率高,极易在固结压实和释水等作用下发生显著的压缩变形... 详细信息

崇明岛是位于长江口的河口冲积岛,并计划建设成为一座世界级的生态岛,是上海重要的生态屏障。崇明岛是由上游河流挟带巨量泥沙在河口沉积形成的岛屿,河口沉积物土层孔隙比大、含水率高,极易在固结压实和释水等作用下发生显著的压缩变形。在1950年后崇明岛进行了多次大规模的围垦,至今围垦面积已经超过了600 km,而这些新成陆区的自重固结可能会引起持续十几年甚至几十年的大范围、缓慢、不均匀的沉降,因此需要监测崇明岛近期连续地面沉降为崇明岛地面沉降灾害的防治提供数据支撑。伴随着全球海平面上升,崇明岛可能遭受海平面上升和区域地面沉降的综合影响,使得相对海平面高度加速抬升,进一步加剧崇明岛遭受海岸洪涝、海水入侵、湿地退化的风险。掌握崇明岛长期连续的地面沉降时空演化特征以及进行海岸洪涝模拟对于防范化解区域安全风险和提高灾害防治能力是必要的。为了获得崇明岛近十三年的地表形变,本研究获取了2007—2010年19幅ALOS-1影像、2009—2013年21幅Radarsat-2 Multilook Fine(RSD2MF)影像、2012—2016年44幅Radarsat-2 Wide(RSD2W)影像和2015—2020年120幅Sentinel-1A(S1A)影像,首先通过小基线集(Small Baseline Subset,SBAS)方法获取了崇明岛在四个不同时期内的形变时序。进而基于奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)方法将这四个形变时序进行融合获得了崇明岛的2007年至2020年间长达十三年超长连续形变时序,填补了崇明岛近年来长期连续地表形变监测的缺失。崇明岛2007—2020年融合形变时序显示:崇明岛东部陈家镇的瀛东村形变最为显著,年平均形变速率达到了-25 mm/year,形变累积量超过了350 mm。在陈家镇的住宅区(裕鸿佳苑社区)也出现了大面积沉降,沉降速率超过-15 mm/year,快速沉降发生在2007—2014年,此后2014—2020年,形变速率明显放缓。本研究比较了基于SVD方法的五个融合策略分别得到的2007—2020年连续十三年崇明岛累积形变量和地表形变速率,五种策略融合后的形变时序均保持一致。即在利用SVD方法融合有时间重叠的多星MT-InSAR形变时序时,其融合先后顺序不影响融合形变时间序列。在融合误差方面,本研究以干涉中失相干效应导致的误差作为误差源,通过误差传播定律,建立了评估基于SVD方法融合多星SBAS形变时间序列理论误差的方法,进而,对多星SBAS形变时间序列融合后形变时序的融合误差进行了评估,其中两星SBAS形变时序相融合时,RSD2W+S1A融合形变时序的误差最小,均值和标准差分别为1.9 mm和2.1 mm;三星SBAS形变时序相融合时,RSD2MF+RSD2W+S1A融合形变时序的误差最小,均值和标准差分别为3.5 mm和3.2 mm;四星SBAS形变时序相融合得到的ALOS-1+RSD2MF+RSD2W+S1A融合形变时序的误差均值和标准差为10.3 mm和7.6 mm。此外本研究使用2015—2020年的S1A数据集反演得到了整个崇明岛海堤的形变,结果显示第2、3、7和20段海堤发生明显形变,位于崇明岛东北部第2段海堤是发生形变最明显的海堤段,其2015—2020年平均形变速率达到了-29mm/year。基于LISFLOOD-FP水动力模型模拟了相对海平面上升前后崇明岛各段海堤溃堤后发生海岸洪涝的情景,并统计了各情景下的洪涝淹没面积和淹没深度。洪涝模拟结果显示,相对海平面上升前,第3-4、7-9段海堤溃堤后,淹没面积均超过了200 km。相对海平面上升后,各段海堤溃堤情景下洪涝淹没面积相较于相对海平面上升前,均有所扩大,第1、2、6-9和20段海堤溃堤后增加了超过50 km的淹没面积,第1和20段海堤溃堤后淹没面积在相对海平面上升后也达到了200 km。结合海堤形变速率分析,第2、3、7和20段海堤是关键海堤段,其平均形变速率在-8.5 mm/year以上,且在相对海平面抬升后,溃堤后的淹没面积均超过200 km。综上,本研究反演得到了崇明岛近十三年长期连续的地表形变时序,证明了SVD方法融合有时间重叠的多星MT-InSAR形变时序时,其融合先后顺序不影响融合后形变时序,并建立了评估SVD方法融合有时间重叠的多星SBAS形变时序理论误差的方法。根据崇明岛2015—2020年形变反演结果提取了环岛海堤的形变,分析各海堤分段的危险性,使用LISFLOOD-FP水动力模型模拟了崇明岛沿海相对海平面高度上升前后的各段海堤溃堤后的淹没情景。

关键词：崇明岛 MT-InSAR 形变时序融合误差分析洪涝模拟

MT-InSAR土石坝形变监测及稳定性分析

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MT-InSAR土石坝形变监测及稳定性分析

作者：赵文飞华北水利水电大学

学位级别：硕士

我国已建土石坝数量之多、工程规模之大、技术难度之高,在诸多方面处于世界领先水平,对世界土石坝工程建造与发展起着重要的推动作用。目前,土石坝形变监测主要采用水准测量、全球导航卫星系统测量等传统手段,存在成本高、劳动强度大且... 详细信息

我国已建土石坝数量之多、工程规模之大、技术难度之高,在诸多方面处于世界领先水平,对世界土石坝工程建造与发展起着重要的推动作用。目前,土石坝形变监测主要采用水准测量、全球导航卫星系统测量等传统手段,存在成本高、劳动强度大且耗时耗力等问题,亟需一种大范围、高精度形变监测手段。本文基于多时相合成孔径雷达干涉测量(Multi-Temporal Interferometry Synthetic Aperture Radar,mt-In SAR)技术,采用2017年3月～2021年9月55景Sentinel-1A数据对河南省17座大型土石坝进行监测,并对小浪底土石坝重点部位的形变情况进行详细分析。提出了麻雀搜索算法优化长短期记忆神经网络(Sparrow Search Algorithm Long Short Term Memory,SSA-LSTM)时间序列模型预测未来形变趋势。最后,利用有限元分析方法对土石坝进行渗流与应力分析。主要内容如下:(1)获取了河南省16座大型土石坝形变信息。选取河南省2017年3月～2021年9月55景Sentinel-1A升轨数据,采用PS-In SAR技术得到了16座土石坝近五年的形变速率以及形变量。结果表明,白沙水库大坝、白龟山水库大坝及燕山水库大坝发生严重形变,应重点关注,其余土石坝均有不同程度的形变情况。(2)分析了小浪底水库土石坝的时间演变特征。选取了2017年3月～2021年9月55景Sentinel-1A升轨数据,采用PS-In SAR、短基线集干涉测量技术(Small Baselines Subset In SAR,SBAS-In SAR)、准持续性散射体干涉测量技术(Quasi Persistent Scatterer In SAR,QPS-In SAR)三种不同的时序In SAR技术对小浪底水库土石坝进行监测。结果表明,小浪底水库土石坝近五年的形变速率从坝顶至坝底呈现阶梯状形变,且最大形变速率为-20mm/a。此外,结合了库水位、降雨量因素,分析了水位高低变化对坝体形变有明显的影响,在水位进行持续下降或者上升的时候,坝体会出现规律性波动且在小浪底水库进行调水调沙期间,坝体的形变速率会变缓,同时出现轻微的抬升情况。(3)提出了小浪底水库土石坝坝体SSA-LSTM时间序列预测模型。为了增加训练模型精度,在原有数据的基础上,增加了SAR影像数据量,使用2017年1月～2022年11月171景Sentinel-1A升轨数据,采用PS-In SAR技术获取形变监测数据。使用前80%的形变数据建立SSA-LSTM坝体时间序列预测模型,并利用后20%的形变数据进行精度分析。结果表明,该模型在大坝形变情况预测中表现出较高的预测精度,能很好地反映出坝体的整体沉降趋势。(4)分析了土石坝的稳定性。采用二维有限元模型,对小浪底水库大型土石坝的模拟模型进行渗流、应力分析。所得结果表明,在库水位不同的情况下,高水位相较于低水位情况渗流量更大,且发现在高水位情况下坝体形变速率更大。在应力分析部分,发现垂直向形变趋势与In SAR监测结果吻合,呈现阶梯状形变。两种分析方法都表明,心墙在土石坝中起着重要的作用,是需要重点关注的位置。

关键词： MT-InSAR 土石坝 SSA-LSTM预测模型稳定性分析

基于多平台MT-InSAR的上海海堤形变监测及失效风险评估

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基于多平台MT-InSAR的上海海堤形变监测及失效风险评估

作者：唐茂川华东师范大学

学位级别：硕士

沿海地区是人类活动最集中、最活跃的区域,也是中国社会经济发展的核心区域,在全球气候变化引起海平面抬升和台风风暴潮频发的背景下,其洪涝风险正在增加。防洪海堤作为上海这个超大城市最重要的安全屏障,可以极大降低洪灾风险。但若发... 详细信息

沿海地区是人类活动最集中、最活跃的区域,也是中国社会经济发展的核心区域,在全球气候变化引起海平面抬升和台风风暴潮频发的背景下,其洪涝风险正在增加。防洪海堤作为上海这个超大城市最重要的安全屏障,可以极大降低洪灾风险。但若发生海堤失效事件（溃堤、漫堤）,会导致海水迅速侵入并发生洪涝,对沿海社区和重要基础设施产生巨大影响。防洪海堤长时期不均匀形变会导致堤坝高度降低,进而影响其稳定性与安全性,减弱其防护能力,增大漫堤风险;严重的不均匀形变还会引发堤坝断裂,增大溃堤风险。实现大范围、高精度、周期性海堤形变监测,对及时掌握海堤稳定性和其风险评估至关重要。传统形变监测方法,如水准测量和GPS测量,具有监测成本高、监测结果离散的缺点。多时相合成孔径雷达干涉测量（Multi-temporal In SAR,mt-In SAR）是新近发展的地表形变监测方法,可以获得海堤线状区域上的连续形变信息,监测精度达到毫米级。最新发展的最小加速方法（Minimum Acceleration Approach,Min A）能够融合多平台的mt-In SAR形变时序获得监测目标的二维（垂直向、东西向）形变场。Min A方法融合后得到的形变分量精度高,并且该算法是在后处理阶段进行多平台形变时序融合,实用性佳。本文以上海为研究区,基于2018年至2021年成像的167景升轨Sentinel-1影像和78景降轨COSMO-Sky Med影像,利用mt-In SAR方法分别反演了两个卫星平台视线向（Line of Sight,LOS）形变时序结果。进而利用Min A方法融合了两个卫星平台的形变时序,获取了上海市沿海区域二维形变速率场,提取了海堤所在像元的形变速率值后,得到海堤在垂直和东西方向的形变速率。发现沉降主要发生在上海东部新成陆区,其中浦东机场第5跑道及外围海堤沉降最为显著,年平均速率达到了20 mm/year。本文将海堤分为40个长度为2 km的单元,利用海堤形变信息,并结合极值水位数据,计算出各段海堤的漫堤概率和表征溃堤概率的溃堤指标。海堤失效概率结果显示,上海南部海堤总体上具有更高的漫堤和溃堤概率。本文还利用LISFLOOD-FP水动力模型进行了各段海堤失效情景下,100年一遇洪水的危险性评估。永久散射体是在雷达影像中后向散射强且随时间稳定（不受时间、空间去相关和大气延时影响）的点,基于方位向光谱分割算法（Azimuth Split-spectrum Algorithm,ASS）并设置相干阈值0.35,提取出在上下多普勒频带都具有相干性的永久散射体（即高相干点）。高相干点主要分布在人工建筑区域,将高相干点密度（单位格网内高相干点数量）作为易损性指标,估算了海堤失效后洪水引起的潜在损失。整体来看,上海南部海堤失效后的淹没面积相对较小,但淹没区内高相干点密度更高,因此海堤失效可能造成的损失更严重。东部海堤失效导致的淹没范围更大,表现为滴水湖到浦东机场沿岸发生连续洪水入侵,但由于淹没区内的耕地、水体和湿地面积大,而人工建筑面积小,评估出的潜在损失较小。本研究将海堤失效风险分为高、较高、中、较低、低五级。高风险段海堤出现在上海南部,而东部海堤失效风险处于中等及以下水平。其中,上海南部芦潮港附近的第6段海堤,漫堤和溃堤风险都相对较高,通过淹没时序分析,发现该段海堤失效后海水先迅速由南向北扩散,再朝东西两侧扩散。淹没区内高相干点密度和建筑物密度两个指标的相关系数为0.96,证明了高相干点密度指标在表征人工建筑分布时的可靠性和替代性。

关键词： MT-InSAR 海堤形变监测形变分解海堤失效风险评估

Kinematic inventory of rock glaciers in the Nyainqentanglha Range using the MT-InSAR method

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International Journal of Digital Earth 2023年第1期16卷 3923-3948页

作者： Xuefei Zhang Min Feng Jinhao Xu Dezhao Yan Jing Wang Xiaoqing Zhou Tao Li Xiang Zhang Land Satellite Remote Sensing Application Center Ministry of Natural ResourcesBeijingPeople’s Republic of China Tibetan Plateau Data Center State Key Laboratory of Tibetan Plateau Earth SystemEnvironment and Resources(TPESER)Institute of Tibetan Plateau ResearchChinese Academy of SciencesBeijingPeople’s Republic of China Academy of Plateau Science and Sustainability Qinghai Normal UniversityXiningPeople’s Republic of China University of Chinese Academy of Sciences BeijingPeople’s Republic of China Research Institute of Intelligent Computing Zhejiang LaboratoryHangzhouPeople’s Republic of China

Rock glaciers are typical periglacial landforms with tongue or lobate morphological shapes and characterized by the distinct front,lateral margins,and often by ridge-and-furrow surface topography textures as well as kinematic characteristics,widely distributed in alpine environments.Multitemporal Synthetic aperture radar interferometry(MT-InSAR),is a remote sensing technique with demonstrated effectiveness for detecting landform kinematics.However,its application to rock glaciers is challenged by temporal decorrelation and atmospheric phase noises due to complex topography and snow cover.We designed a quadtree segmentation and parallel computing-based MT-InSAR method to improve the quality and efficiency of deformation measurement of rock glaciers.We applied the method to a rock glacier inventory of the Nyainqentanglha Range,China,derived from high-resolution Gaofen-2 images,to quantify the activity rate of each rock glacier.Results showed that 32.1%(6,389)of the identified rock glaciers exhibited slope-parallel deformation rates exceeding 100 mm/y.The activities of the rock glaciers exhibited strong correlations with their distance to glaciers,precipitation,freeze-thaw magnitude,and permafrost occurrence probability.The results demonstrate the effectiveness of the developed segmentation-parallel MT-InSAR method for monitoring rock glacier deformation over a large region.

关键词： Rock glacier MT-InSAR quadtree segmentation Nyaingentanglha kinematics

基于SVD的多卫星平台MT-InSAR形变时序融合最优条件分析与新成陆区固结沉降模型研究

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基于SVD的多卫星平台MT-InSAR形变时序融合最优条件分析与新成陆...

作者：丁敬钊华东师范大学

学位级别：硕士

多时相合成孔径雷达干涉测量技术(Multi-temporal In SAR,mt-In SAR)能够提取高精度、高时空分辨率的地表形变信息,已被广泛应用于地表形变监测。得益于不断增加的新的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)卫星,融合多卫星平台mt... 详细信息

多时相合成孔径雷达干涉测量技术(Multi-temporal In SAR,mt-In SAR)能够提取高精度、高时空分辨率的地表形变信息,已被广泛应用于地表形变监测。得益于不断增加的新的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)卫星,融合多卫星平台mt-In SAR形变时序可以使得获取新成陆区长达几十年的不均匀时序地表形变场成为可能。奇异值分解(SVD)已经被证明是一种可以有效融合有时间重叠的mt-In SAR形变时序的方法。本研究分析了基于SVD方法进行有时间重叠的mt-In SAR形变时序融合过程中的最优条件。新成陆区固结沉降土力学模型能够对有时间间隔的mt-In SAR形变时序进行有效融合,本研究验证了多卫星平台mt-In SAR形变时序约束的新成陆区固结沉降土力学模型在时间间隔期对形变时序模拟的准确性,以及该模型在不同新成陆区地表形变模拟的适用性。本研究以上海新成陆区为研究区,分析了基于SVD方法融合有时间重叠的多卫星平台mt-In SAR形变时序的最优融合条件。基于2013年12月至2016年3月期间获取的覆盖上海新成陆区的COSMO-Sky Med(CSK)和2015年2月至2019年1月Sentinel-1A(S1A)合成孔径雷达卫星影像时序(分别有61和47景数据),首先通过小基线集(Small Baseline Subset,SBAS)方法和雷达卫星视角获取了上海新成陆区垂直向mt-In SAR形变时序。进而通过奇异值分解法(SVD)融合了有时间重叠的CSK和S1A mt-In SAR形变时序,并按照倒序删减CSK mtIn SAR形变数据和正序删减S1A mt-In SAR形变数据两种策略,探讨了CSK和S1A mt-In SAR形变时序融合的最优条件。研究结果表明,CSK和S1A两个待融合形变时序需要其中一个形变时序在重叠时段内至少保留5个形变数据,才能保证融合后的形变时序的精度偏差在5mm内。过往研究使用两个有时间间隔的SAR数据集:2007年2月至2010年9月的ENVISAT ASAR(ENV)数据集和2013年12月至2016年3月的COSMOSky Med(CSK)数据集,通过新成陆区固结沉降土力学模型融合生成了长达9年的上海新成陆区地表形变时序。然而,在2010年9月至2013年12月的时间间隔内,只用新成陆区固结沉降土力学模型模拟了2010年9月至2013年12月的地表形变过程,模拟的有效性和准确性有待验证。本文通过使用第三个独立的SAR数据集:2012年1月至2016年10月的Radarsat-2(RST-2)数据集(部分覆盖了ENV和CSK数据的时间间隔),分析了时间间隔期内新成陆区固结沉降土力学模型拟合值与RST-2 mt-In SAR形变时序的一致性,证实了新成陆区固结沉降土力学模型在时间间隔期对新成陆区地表形变模拟的有效性和准确性。为了验证新成陆区固结沉降土力学模型对其它新成陆区地表形变模拟的适用性,本研究将研究区拓展到珠江三角洲的深圳新成陆区。基于升轨、降轨ENV(2007年6月至2010年4月)和升轨S1A(2019年6月至2020年6月)三组SAR数据集,获得了深圳新成陆区地表形变时序。进而通过最小加速方法(Minimum Acceleration,Min A)融合升、降轨ENV形变时序获取了研究区垂直向和东西向形变时序,并利用垂直向形变时序估计了新成陆区固结沉降土力学模型、对数形变模型、指数衰减形变模型三种模型的最优拟合参数,以预测深圳新成陆区地表形变的未来演变。通过对比模拟预测值和S1A mt-In SAR测量值,结果表明新成陆区固结沉降土力学模型和对数形变模型的地表形变预测结果更为合理。证实了新成陆区固结沉降土力学模型同样适用于模拟深圳新成陆区的地表形变过程。

关键词： MT-InSAR 地表形变新成陆区形变模型

基于MT-InSAR和灰色预测模型的金属矿区地表变形研究

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化工矿物与加工 2022年第4期51卷 45-50页

作者：王华李素敏袁利伟张玮马相松管庆丹昆明理工大学国土资源工程学院云南省高校高原山区空间信息测绘技术应用工程研究中心中国有色金属工业协会智慧矿山地理空间信息集成创新重点实验室昆明理工大学公共安全与应急管理学院玉溪大红山矿业有限公司昆明有色冶金设计研究院股份公司

对于矿区地表变形测量，传统方法存在成本高、很难反映地表大面积变形信息和时空演化特征等缺点。基于此，以大红山铁矿为例，采用Sentinel-1A卫星数据，利用SBAS-insar对数据进行处理，建立了灰色预测模型，并对模型精度进行了验证，... 详细信息

对于矿区地表变形测量，传统方法存在成本高、很难反映地表大面积变形信息和时空演化特征等缺点。基于此，以大红山铁矿为例，采用Sentinel-1A卫星数据，利用SBAS-insar对数据进行处理，建立了灰色预测模型，并对模型精度进行了验证，结果表明：由地面观测点获取的实测三向位移经归一化后得到的位移与insar取得的LOS向位移相对误差在15%以内，表明时间序列insar在观测精度上是可靠的；矿区内存在4个发育成熟的沉降集中带和2个局部沉降区域；insar监测值和水准测量值有较好的一致性，监测相对误差和预测相对误差均在12%以内。

关键词：地表变形 MT-InSAR 灰色预测模型位移模型精度相对误差

MT-InSAR技术在形变监测中的应用研究

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MT-InSAR技术在形变监测中的应用研究

作者：简国辉中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

地质灾害频发对人民的生命财产安全构成重大威胁,严重影响经济和社会可持续发展,因此应该对重点区域进行形变监测从而尽早识别出地灾隐患点,这对于地质灾害的预警和处理具有重要意义。传统的水准和全球导航卫星系统(Global Navigation S... 详细信息

地质灾害频发对人民的生命财产安全构成重大威胁,严重影响经济和社会可持续发展,因此应该对重点区域进行形变监测从而尽早识别出地灾隐患点,这对于地质灾害的预警和处理具有重要意义。传统的水准和全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)测量技术受限于自身观测复杂度、观测成本和监测密度等因素,在大面积的形变监测中很难具体实施,而多时相合成孔径雷达干涉测量技术(Multi-temporal Synthetic Aperture Radar Interferometry,MT-InSAR)则具备进行大范围、全天时、全天候、较高精度地表形变监测的能力,特别适用于大面积地灾隐患点的识别。本论文主要应用小基线集(Small Baseline Subsets-insar,SBAS-insar)技术进行形变监测研究,在该技术数据处理流程中,相位解缠和大气改正是两个十分重要的环节。针对传统相位解缠结果中存在误差的情况,提出了分别利用空间域连续性条件和时间域相位三角关系来约束传统解缠结果的方法;针对大气改正中传统时空滤波方法依赖于数据本身是否满足空间域低通和时间域高通条件的限制,采取基于外部数据的欧洲中尺度气象预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)大气改正模型和线性经验模型来进行大气改正。最后将改进方法应用到贵州省大方县,验证了方法的有效性。本论文的主要研究内容和成果如下:(1)对传统解缠结果进行误差改正处理,并以时序残余相位的平均值和标准差作为评价指标,发现融合时空限制条件的综合误差改正方法最稳健可靠。(2)对原始差分干涉图进行了大气改正处理,从改正前后干涉图的相位连续性以及干涉相位标准差的变化出发,定量和定性地分析了两种模型的大气改正效果,发现两种模型的整体改正效果基本相当,局部细节改正方面,ECMWF大气改正模型结果更优,而线性经验模型的计算则更加简单。(3)以贵州省大方县城作为研究区域,利用覆盖该地区的9景C波段RADARSAT-2影像,采取改进的SBAS-insar技术进行时间序列形变分析,通过形变速率图发现,该地区最大下沉速率达到了5.7cm/y,并且存在3个比较明显的形变区域。基于时间序列形变信息,同时结合当地降水数据以及与光学遥感影像对照,对三个区域的形变特征和趋势进行分析,发现存在较大地灾隐患,需要重点关注。最后基于对方法改进前后得出的形变速率图作对比,发现改进后的形变信息体现的更加纯净明显,再一次验证了改进方法的有效性。

关键词：形变监测 MT-InSAR 相位解缠大气改正

基于矿区Sentinel-1数据的MT-InSAR沉陷监测及植被变化的影响研究

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基于矿区Sentinel-1数据的MT-InSAR沉陷监测及植被变化的影响研究

作者：陈朔华北水利水电大学

学位级别：硕士

近年来,我国不断加大对矿产资源的开发力度,导致开采产生的采空区规模不断扩大,采空区造成的地质灾害也愈发严重,对矿区进行全覆盖、长时间的地表形变监测具有十分重要的意义。近年来,合成孔径雷达干涉测量技术（Interferometry Synthet... 详细信息

近年来,我国不断加大对矿产资源的开发力度,导致开采产生的采空区规模不断扩大,采空区造成的地质灾害也愈发严重,对矿区进行全覆盖、长时间的地表形变监测具有十分重要的意义。近年来,合成孔径雷达干涉测量技术（Interferometry Synthetic Aperture Radar,insar）因具有全天时、全天候、覆盖面积广等优势在地表形变监测中被广泛应用。本文运用多时相insar技术（multi-temporal Interferometry Synthetic Aperture Radar,MT-InSAR）对覆盖大阳泉矿矿区范围内的54幅Sentinel-1A数据进行了地表形变监测分析,获取了时间序列沉降累积图和线性平均沉降速率图,并通过对实验矿区进行土壤含水量变化趋势的反演,结合归一化植被指数（Normalized Vegetation Index,NDVI）变化,分析煤炭开采对植被的影响。本文主要研究内容如下:（1）利用获得的54幅Sentinel-1A影像数据,运用MT-InSAR技术,得到大阳泉矿矿区的时序沉降累积图以及沉降速率图,并结合水准测量对MT-InSAR技术在实验矿区进行变形监测的可行性进行了验证。（2）结合工作面开采情况以及矿区地表地质情况对MT-InSAR技术获得的差分干涉图、时间序列沉降累积图和沉降速率图进行分析。得到煤炭开采过程中会产生一定地表形变的结论;老沉降区会对新沉降区的产生具有一定的影响,两个采空区之间的累积效应区沉降最严重;岩层上方地表受到煤炭开采的影响要小于黄土上方地表。（3）基于Sentinel-1A影像数据、Landsat-8影像数据提取出植被覆盖地表的总雷达后向散射系数和入射角信息以及叶面积指数（leaf area index,LAI）,采用水云模型计算出矿区土壤含水量趋势。结合运用MT-InSAR技术获得的沉降漏斗,对土壤含水量进行分析。得到煤炭开采对地表土壤含水量变化具有一定的影响,且沉降漏斗中心位置的土壤含水量要低于沉降漏斗边缘的土壤含水量。（4）基于实际采样的土壤含水量数据,用Landsat-8影像数据提取的归一化植被指数NDVI变化计量采矿对植被的影响及其在影像上的损失量。对比分析了同一区域内地表植被优势物种不同的土壤含水量值、同一区域内地表植被优势物种相同的土壤含水量值以及不同区域内的土壤含水量值。证明,土壤含水量是影响该区域内植被生长的主要因素。（5）将沉降漏斗中心位置的NDVI值变化趋势与该处土壤含水量变化趋势相比较,两者变化趋势大致相同;分别将两者变化趋势与工作面开采相比较,得到工作面开采是产生变化的主要原因。证明由于煤炭的开采产生地表沉降,进而引起地下水位的下降,使表层土壤含水量减少,对植被的生长产生一定的影响。

关键词： MT-InSAR Sentinel-1 水云模型土壤含水量

MT-InSAR技术监测水库土石坝表面变形研究

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测绘地理信息 2019年第5期44卷 78-81页

作者：熊寻安王明洲龚春龙深圳市水务规划设计院股份有限公司广东深圳518000 深圳市水务科技发展有限公司广东深圳518000

选取深圳长岭陂水库土石坝为研究对象,收集了该区域22景升轨TerraSAR-X和28景降轨COSMO-SkyMed雷达影像,采用融合永久散射体和同分布散射体的多时相insar(Multi-temporal insar,MT-InSAR)技术,获取了坝体加高后由于自重和内部填土材料... 详细信息

选取深圳长岭陂水库土石坝为研究对象,收集了该区域22景升轨TerraSAR-X和28景降轨COSMO-SkyMed雷达影像,采用融合永久散射体和同分布散射体的多时相insar(Multi-temporal insar,MT-InSAR)技术,获取了坝体加高后由于自重和内部填土材料的固结效应产生的变形场。对比分析了两种SAR卫星数据源在不同升降轨条件下的雷达视线方向变形监测结果,两种结果存在差异的原因主要来源于雷达卫星视角的变化和透视收缩。分析了升降轨insar监测结果与同期水准测量结果,显示两者具有较高的一致性,也表明本文提出的融合计算方法有较好的适用性。

关键词： MT-InSAR 水库土石坝表面变形永久散射体同分布散射体