地表形變監(jiān)測的InSAR處理方法研究課件

面向資源開發(fā)地表形變監(jiān)測的InSAR處理方法及應(yīng)用1內(nèi)容提要

一、InSAR地表形變監(jiān)測方法

二、InSAR用于礦區(qū)形變監(jiān)測的主要問題三、中國礦業(yè)大學(xué)InSAR主要研究成果四、面向礦區(qū)形變監(jiān)測的InSAR解決方案2一、InSAR地表形變監(jiān)測方法1993年Massonnet和他的同事們利用ERS-1SAR數(shù)據(jù)獲取了1992年的Landers地震（M=7.2）形變，并將D-InSAR的測量結(jié)果與其他類型的測量數(shù)據(jù)及彈性形變模型進行比較，結(jié)果相當(dāng)吻合，發(fā)表在《Nature》上。1、D-InSAR技術(shù)3一、InSAR地表形變監(jiān)測方法D-InSAR技術(shù)4一、InSAR地表形變監(jiān)測方法D-InSAR技術(shù)時間失相關(guān)大氣延遲5一、InSAR地表形變監(jiān)測方法2m220m301m474m521m空間失相關(guān)6一、InSAR地表形變監(jiān)測方法1999，PSI的提出（Ferritti，Prati，Rocca），處理小區(qū)域地表形變問題。2001-2003逐步完善。2、PSInSAR技術(shù)7一、InSAR地表形變監(jiān)測方法永久散射體，以建筑物、橋梁、管線、柱、桿等人工目標(biāo)為主分布式相干目標(biāo)，以裸露土地、巖體等均一目標(biāo)居多8一、InSAR地表形變監(jiān)測方法長時序（大數(shù)據(jù)量）條件下相干性保持穩(wěn)定的穩(wěn)定散射體，即PS，PS差分干涉相位序列中各個相位分量的時空頻率特性，逐個分離形變速率，高程誤差改正、大氣延遲、累積形變量等相鄰相干目標(biāo)間差分干涉相位之差構(gòu)成PSInSAR相位模型，二維周期圖方法來估計相對形變速率和高程誤差頻率相鄰點間平均速率和高程誤差估計完成后，實現(xiàn)PS網(wǎng)的相位積分（本質(zhì)是相位解纏）。迭代處理和時空濾波分離大氣，求解PS的形變序列9一、InSAR地表形變監(jiān)測方法PS處理方法兩方面的缺點：①要求要有足夠數(shù)量的SAR影像；②沒有考慮短時間內(nèi)具有高相干性的區(qū)域性目標(biāo)，使得相干目標(biāo)數(shù)目減少較多。3、SBAS技術(shù)2001-2003，SBAS方法（P.Berardino，O.Mora,J.J.Mallorqui,andA.Broquetas）.2004，保持原始分辨率的處理方法以及降低分辨的大區(qū)域處理10一、InSAR地表形變監(jiān)測方法4、其他時序InSAR技術(shù)2001-2005，BertKampes，N，Adam，Bamler發(fā)展了基于統(tǒng)計模型分析的PSI方法，STUN（Spatio-TemporalUnwrappingNetwork（DLR，Delft）。2001-2003，IPTA的出現(xiàn)，有別與其他stacking的處理方法，從SLC中提取Pointtarget作為相干目標(biāo)進行時間序列分析。。。

2007年，Hooper，將PSInSAR與SBAS相結(jié)合，StamPS。。。

2010年，TRE更新PSI算法，形成SqueeSAR，側(cè)重對DS的利用，增加觀測點密度。。。2011年，香港理工大學(xué)張磊博士提出TCP-InSAR技術(shù)。。。近年來，IREA和DLR發(fā)展的4D-InSAR、SARTomography等技術(shù)，著眼于高分辨率條件下同步測量形變與地形三維重建。。。11二、InSAR用于礦區(qū)形變監(jiān)測的主要問題1、時序InSAR技術(shù)礦區(qū)地表形變監(jiān)測量級偏小12二、InSAR用于礦區(qū)形變監(jiān)測的主要問題PS-InSARSBASTCP-InSARStaMPS13二、InSAR用于礦區(qū)形變監(jiān)測的主要問題2、形變監(jiān)測存在極限時空形變在相鄰兩點間的形變量常常大于四分之一個波長14二、InSAR用于礦區(qū)形變監(jiān)測的主要問題對于TerraSAR-X而言，T的最小重訪周期為11天15二、InSAR用于礦區(qū)形變監(jiān)測的主要問題水體植被3、植被與水體16二、InSAR用于礦區(qū)形變監(jiān)測的主要問題4、三維變形在《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)范》中，判斷磚混結(jié)構(gòu)建筑物損壞等級的地表變形參數(shù)分別為水平變形ε、曲率k和傾斜i。

17二、InSAR用于礦區(qū)形變監(jiān)測的主要問題5、成本影像：Radarsat-2存檔數(shù)據(jù)1.5萬/景，編程約3萬/景；ALOS-2數(shù)據(jù)約3萬TerraSAR-X約3萬/景。。。。軟件：GAMMA軟件一套約50萬（2010年，高校）地基SAR：瑞士GPRI-II(GAMMA便攜式雷達干涉儀)；意大利IBIS系統(tǒng)；荷蘭FAST-GBSAR；150-300萬元18三、InSAR主要研究成果中國礦業(yè)大學(xué)雷達遙感研究團隊中國礦業(yè)大學(xué)博士，西班牙加泰羅尼亞理工大學(xué)訪問學(xué)者，中國測繪科學(xué)研究院客座研究。主要研究方向為雷達干涉測量、開采損害及防護。中科院遙感所博士。主要研究方向為雷達干涉測量、攝影測量、災(zāi)害遙感和冰川運動監(jiān)測。范洪冬閆世勇郎豐鎧陳宇武漢大學(xué)博士。主要研究方向為全極化SAR影像處理及分析。歐空局PolSARpro軟件濾波算法提出者，獲測繪學(xué)報2015年優(yōu)秀論文。法國圖盧茲大學(xué)博士，法國國家科學(xué)院助理研究員。主要研究方向為雷達干涉測量。19三、InSAR主要研究成果1、在采礦井地表形變監(jiān)測大梯度地表變形監(jiān)測方法基于偏移量跟蹤的榆林礦區(qū)地表變形監(jiān)測試驗研究區(qū)域位置圖相位累積法監(jiān)測結(jié)果相位累積和偏移量跟蹤聯(lián)合解算地表時序沉降利用相位累積方法和偏移量跟蹤方法能夠克服梯度失相干影響，成功解算礦區(qū)地表時序沉降監(jiān)測結(jié)果。20三、InSAR主要研究成果LOS方向地表沉降及觀測點位圖超前影響角計算圖沿走向和傾向觀測線的時序地表沉降三維形變圖21三、InSAR主要研究成果基于時序InSAR技術(shù)與Pixel-tracking方法融合的礦區(qū)大量級地表變形監(jiān)測方法針對礦區(qū)形變梯度大和影響范圍小的特點，提出了時序InSAR與Pixel-tracking相融合的變形監(jiān)測方法。融合算法提取礦區(qū)形變量與同時期的GPS測量數(shù)據(jù)對比表明：該融合方法可同時保留時序InSAR高精度探測和Pixel-Tracking可監(jiān)測大量級形變的優(yōu)點，從而達到對礦區(qū)沉降范圍100%覆蓋。部分地表移動觀測站點對比圖融合結(jié)果圖走向地表移動觀測站對比圖傾向地表移動觀測站對比圖22三、InSAR主要研究成果面向礦區(qū)地表大變形的DInSAR與概率積分法模型解算方法針對D-InSAR技術(shù)難以解算礦區(qū)地表大變形和開采沉陷參數(shù)反算需要大量地表監(jiān)測點的問題，創(chuàng)新性地融合利用D-InSAR和概率積分法模型獲取開采沉陷全盆地沉降分布。仿真和實際監(jiān)測數(shù)據(jù)表明其相對誤差較小，可有效用于礦區(qū)形變解算。誤差類型誤差值最大絕對誤差164mm平均絕對誤差43mm最大下沉處誤差44mm最大下沉處相對誤差3.0%融合方法仿真實際測量驗證礦區(qū)地表沉降聯(lián)合解算流程23三、InSAR主要研究成果礦區(qū)開采沉陷全盆地提取的InSAR與LiDAR融合方法誤差類型誤差值最大絕對誤差64mm平均絕對誤差23.1mm最大下沉處誤差60mm最大下沉處相對誤差4.95%針對InSAR技術(shù)難以有效提取礦區(qū)大變形梯度條件下地表沉降的問題，提出了一種InSAR與三維激光掃描相結(jié)合的礦區(qū)變形監(jiān)測處理方法，某礦區(qū)工作面實例對比驗證表明：該融合方法能夠有效地獲取全盆地沉陷分布，具有較好的實際應(yīng)用價值。融合結(jié)果與水準(zhǔn)測量對比圖

InSAR與三維激光數(shù)據(jù)融合流程圖24三、InSAR主要研究成果融合概率積分法的SBAS解算方法針對時序InSAR技術(shù)難以有效提取礦區(qū)大變形梯度條件下地表動態(tài)沉降的問題，提出了一種融合概率積分法的SBAS解算方法。融合方法流程圖25三、InSAR主要研究成果時序InSAR地表形變監(jiān)測Radarsat-2影像提取的年下沉速率TerraSAR-X影像覆蓋范圍以及分塊重點處理區(qū)域分布。Radarsat-2的監(jiān)測結(jié)果

TerraSAR-X監(jiān)測結(jié)果26三、InSAR主要研究成果萬年煤礦傾向和走向地表觀測點沉降圖點云數(shù)據(jù)圖沿走向傾向及走向掃描路線俯視圖三維激光掃描無人機成像激光掃描GPS測量水準(zhǔn)測量實地調(diào)研CR-InSAR空、天、地聯(lián)合監(jiān)測干涉測量27三、InSAR主要研究成果2、關(guān)閉礦井或老采空區(qū)地表形變監(jiān)測京福高速公路繞城西段形變監(jiān)測28三、InSAR主要研究成果基于TCPInSAR的時序地表形變針對老采空區(qū)、充填開采等微小形變地表監(jiān)測數(shù)據(jù)較少的問題，研究了一種新的基于TCPInSAR的時序地表形變監(jiān)測方法。利用TerraSAR-X影像實驗證明，該方法能夠很好的監(jiān)測長時間序列上老采空區(qū)、充填開采及停采后不久的礦區(qū)地表形變。29三、InSAR主要研究成果徐州關(guān)閉礦井形變監(jiān)測30三、InSAR主要研究成果多源SAR數(shù)據(jù)融合監(jiān)測地面沉降方法為充分挖掘和發(fā)揮多平臺SAR數(shù)據(jù)在地表形變監(jiān)測中的優(yōu)勢和潛力，提出了一種基于研究區(qū)無水平方向形變假設(shè)的多平臺SAR數(shù)據(jù)聯(lián)合監(jiān)測地表形變的方法，并改進了已有的兩種利用多平臺SAR數(shù)據(jù)聯(lián)合監(jiān)測地表形變的方法。多平臺SAR數(shù)據(jù)聯(lián)合監(jiān)測數(shù)據(jù)處理流程圖不同融合方法形變速率圖31三、InSAR主要研究成果

融合概率積分法的傾斜煤層地表三維形變解算針對礦區(qū)地表三維變形監(jiān)測需要不同軌道SAR影像或借助其他數(shù)據(jù)的問題，提出了一種融合概率積分法的傾斜煤層地表三維形變解算方法。32三、InSAR主要研究成果多平臺SAR影像Pixel-tracking方法監(jiān)測礦區(qū)三維形變針對礦區(qū)開采沉陷對水平移動量特殊工程要求和不滿足零水平位移假設(shè)的問題，提出了一種新的利用多平臺SAR數(shù)據(jù)獲取礦區(qū)三維形變量的方法，并利用GPS數(shù)據(jù)對礦區(qū)地表三維形變量結(jié)果開展了驗證分析。52304工作面南北方向形變52304工作面東西向形變52304工作面豎直方向形變Radarsat-2監(jiān)測結(jié)果TerraSAR-X監(jiān)測結(jié)果傾向方向地表移動觀測站監(jiān)測結(jié)果對比南北方向

豎直方向走向方向地表移動監(jiān)測結(jié)果對比33三、InSAR主要研究成果廣域時序InSAR地表三維形變監(jiān)測多源SAR影像融合結(jié)果TerrSAR-X(25景)、Radarsat-2(14景)、Sentinel-1A(18景)、ALOS-2PALSAR-2(6景)和ALOSPALSAR影像(13景)343、InSAR處理軟件三、InSAR主要研究成果35纏繞相位圖解纏相位圖地理編碼后的地表形變圖三、InSAR主要研究成果363、InSAR處理軟件三、InSAR主要研究成果374、地下水及石油開采導(dǎo)致的地表沉降多時序干涉測量監(jiān)測平均沉降速率分類情況所占百分比（%）最大累積沉降量分類情況所占百分比（%）微?。?至-10mm/yr）15微小（0至-40mm）12一般（-10至-20mm/yr）34一般（-40至-80mm/yr）31較大（-20至-40mm/yr）44較大（-80至-1600mm/yr）47極大（-40至-56mm/yr）7極大（-160至-230mm/yr）10三、InSAR主要研究成果384、地下水及石油開采導(dǎo)致的地表沉降滄州重點沉降區(qū)域沉降情況分析研究區(qū)剖面線累積沉降量研究區(qū)北部重點沉降區(qū)域研究區(qū)南部重點沉降區(qū)域南北沉降中心的平均沉降速率均達到-55mm/yr左右，且均為建筑比較密集的村莊，并非城市區(qū)域，說明研究區(qū)沉降中心已由最初的城市中心向非城市區(qū)域轉(zhuǎn)移。三、InSAR主要研究成果394、地下水及石油開采導(dǎo)致的地表沉降研究區(qū)水系與地表沉降關(guān)系圖津浦鐵路沿線地表沉降情況三、InSAR主要研究成果404、地下水及石油開采導(dǎo)致的地表沉降三、InSAR主要研究成果414、地下水及石油開采導(dǎo)致的地表沉降油田區(qū)地表形變監(jiān)測與分析油井鉆井深（米）任平6井3898晉453200-3370蘇214470晉古25204淖古12600賽古32300任丘地區(qū)SAR影像覆蓋范圍華北油田部分鉆井深度監(jiān)測結(jié)果表明油田開采位置和地面沉降的空間相關(guān)性不高，主要原因之一是該地區(qū)油田屬于潛山型油田，埋深大(>4km)，且深井下部砂巖地層壓實程度高，地層非常堅硬穩(wěn)定。而任丘市的部分區(qū)域沉降非常嚴(yán)重，沉降量值大，空間覆蓋廣，經(jīng)實地考察分析，這種現(xiàn)象主要和該區(qū)域地下水開采有關(guān)。時序InSAR沉降速率與油井位置分布圖三、InSAR主要研究成果424、地下水及石油開采導(dǎo)致的地表沉降徐州豐縣地下水開采沉降監(jiān)測時空基線圖豐縣城市沉降圖豐縣歷史城鎮(zhèn)化發(fā)展過程圖三、InSAR主要研究成果435、SAR其他方面研究玉

樹

斷

裂

P1P2P3P4P6P7巴顏喀拉地塊

羌塘地塊

玉樹斷裂活動性時序InSAR監(jiān)測冰川表面