GPS—InSAR数据融合用于地表形变监测的研究
GPS_INSAR数据融合在大范围地表沉降监测中的应用

GPS/I N S AR数据融合在大范围地表沉降监测中的应用武百超1,邹徐文2(辽宁工程技术大学,辽宁阜新 123000)摘要:讨论了GPS、I N S AR应用于大范围地表沉降监测的技术特点;论述了这两种技术合成的必要性和可行性。
文中还综述了GPS、I N S AR合成技术的理论与方法,结合国内外的成功经验对其应用前景进行了展望。
关键词:CGPS;GPS;I N S AR;D I N S AR;误差改正;数据融合中图分类号:P22814 文献标识码:B 文章编号:1001-358X(2006)01-0033-03 常规的地表沉降监测一般采用重复精密水准测量方法。
近10年来,随着全球卫星定位系统GPS、计算机,数据库等技术的飞速发展,这种野外作业周期长、耗费大量人力物力的传统水准测量方法已逐渐为周期短、精度高,布网迅速的GPS技术所取代。
合成孔径雷达干涉测I N S AR(I nterfer ometric Synthetic Aperture Radar)技术在国外已开始应用于地表沉降监测,W eg muller(1999)利用1992年8月至1996年5月间的欧洲航天局雷达卫星数据监测意大利Bol o2 gna城的沉降情况,取得了与常规测量一致的效果;同时,日本的Nakag wa等(2000)利用JERS1L波段的合成孔径雷达S AR研究Kant o北部平原的地面沉降,发现L波段比C波段的S AR数据更适合平原地区的地面沉降研究;中科院遥感所选取处于沉降区的苏州市,利用I N S AR技术进行了城市地表沉降监测,与常规水准测量相比,两者相关度达01943。
这些都说明I N S AR测量值与水准测量保持很高的一致性,进一步统计分析表明,样本对的差异均值为4147mm,差均值为0117mm。
与此同时,GPS在天津市地表沉降监测方面已取得了比较令人满意的效果。
其他一些单位的实践证明,采用差分GPS静态测量的方法进行大范围的地表沉降监测,从测量精度看,可以取代长距离的一等精密水准测量,且前者比后者的工作效率高得多,其经济效益是非常可观的;甚至,采用GPS的实时动态(RTK)测量广泛取代二等水准测量也在进一步研究之中。
地球科学中的地表形变监测技术

地球科学中的地表形变监测技术地表形变监测技术是地球科学中非常重要的一项技术手段,它可以用来监测地球表面的形变,包括地壳运动、地表沉降和隆升、火山活动等。
这些形变的监测对于了解地球内部的运动、地质灾害的预测和防范都具有重大的意义。
本文将介绍一些常见的地表形变监测技术。
地表形变监测技术最常见的方法之一是全球定位系统(GPS)技术。
通过安装在地表的接收器,GPS可以获取到卫星信号,并计算接收器的位置。
在不同时间段对接收器的位置进行测量,就可以得到地表相对于参考坐标系的位置变化。
在地表形变监测中,GPS经常搭配使用地形测量仪器,以便更准确地测量地表高程的变化。
GPS技术的精度较高,可达到亚厘米级,因此被广泛应用于地壳运动的监测和研究中。
另一种常见的地表形变监测技术是干涉测量雷达(InSAR)。
InSAR利用雷达波束在地表上形成干涉图案,通过比较不同时间段的干涉图案,可以计算出地表形变的大小和方向。
InSAR技术的优势在于它可以遥感大范围的地表形变,不受地理条件的限制。
因此,InSAR 技术在监测地壳运动、地表沉降和火山活动等方面具有很大的潜力。
此外,微波杀射波(Microwave Satellite Altimetry,MSA)也是一种常用的地表形变监测技术。
MSA利用卫星测量海水面高度的变化,从而间接获取地表形变信息。
由于海洋和陆地之间存在一定的连通性,海水面高度的变化可以反映地壳运动和地表沉降的情况。
MSA技术在海洋地质灾害和海平面上升等问题的研究中具有重要的应用价值。
最后,地形测绘技术也是地表形变监测的重要手段之一。
地形测绘是通过测量地表高程和地形特征的变化,来确定地表形变的情况。
传统的地形测绘方法包括使用光学方法来测量地形和地表特征,如通过航空摄影、激光扫描等。
近年来,激光雷达技术的发展使得地形测绘的精度和效率都有了很大的提高。
地形测绘技术的应用范围广泛,包括地下水位的变化、地表沉降和隆升、土地利用等方面。
INSAR技术在地表形变测量中的应用

INSAR技术在地表形变测量中的应用INSAR技术,即干涉合成孔径雷达,是一种通过测量地表形变来检测和监测地质灾害的高精度技术。
它的原理是利用卫星或飞机搭载的合成孔径雷达对地表进行多次雷达波束的发射和接收,通过分析雷达波束之间的相位差异来计算地表的形变信息。
INSAR技术已经被广泛应用于地震、火山活动、地表下沉等领域的监测和研究中,下面将重点介绍它在地表形变测量中的应用。
INSAR技术的应用主要有两个方面,一是在地震研究中的应用,二是在地表下沉监测中的应用。
首先,INSAR技术在地震研究中的应用具有重要意义。
地震是地球表面发生的一种地壳运动现象,会造成地表的形变。
通过利用INSAR技术,我们可以实时监测地震带上的地表形变,进而推测地震的震源参数。
这对于地震学家来说是非常有价值的信息。
同时,在地震预警方面,INSAR技术也能够为我们提供重要指标。
通过监测地表形变的变化,我们可以提前判断地震的发生,对地震预警系统的建设具有重要的参考价值。
其次,INSAR技术在地表下沉监测中的应用也是非常重要的。
地表下沉是指地壳向下沉降的现象,通常是由人类活动或地质因素引起的。
地表下沉带来的问题包括建筑物的倾斜,地下水位的变化等。
通过利用INSAR技术,我们可以精确地测量地表的下沉情况,包括不同地点的下沉速度和下沉趋势。
这对于城市规划和土地利用具有重要意义,可以提前预防和纠正地表下沉导致的问题。
除了地震和地表下沉的监测,INSAR技术在火山活动监测中也有广泛的应用。
火山是地球表面的一种现象,伴随着岩浆的喷发和地壳的变动。
INSAR技术可以帮助我们实时监测火山口附近地表形变的变化,包括火山口的隆起、地表的下沉等,进而判断火山活动的强度和趋势。
这对于保护人民的生命财产安全具有重要意义。
INSAR技术的应用还有很多,比如在冰川监测、滑坡预警、大坝变形等方面都有广泛的应用。
通过INSAR技术,我们可以及时获取地表形变的信息,发现地质灾害的潜在风险,并采取相应的措施来减轻灾害造成的损失。
利用InSAR技术监测矿区地表形变

利用InSAR技术监测矿区地表形变发表时间:2018-09-17T10:50:30.077Z 来源:《基层建设》2018年第20期作者:田秦娜卢彬李积玲[导读] 摘要:近年来,由于地表形变引发的地质灾害频繁发生,严重威胁人们的生命财产安全,所以加强地表形变监测具有十分重要的意义。
青海省第一测绘院青海西宁 810000摘要:近年来,由于地表形变引发的地质灾害频繁发生,严重威胁人们的生命财产安全,所以加强地表形变监测具有十分重要的意义。
随着科技的不断进步,传统的监测技术难以满足现代社会的发展要求,InSAR技术作为一种新型的空间对地观测技术,具有精确度高、实时动态监测等优点,在地表形变监测中得到了广泛应用。
文章首先对InSAR技术进行了详细介绍,接着重点就D-InSAR技术在矿区地表形变监测中应用问题及对策进行研究,以供参考和借鉴。
关键词:InSAR技术;变形监测;矿区地表;应用引言矿产资源的过度开采容易破坏矿区地下地质结构,进而引发地表塌陷、滑坡、崩塌、泥石流、地裂缝、地面沉降和地面积水等事故。
如果开采不慎,极易触及地下含水层,严重者甚至导致矿区透水事故,造成严重的安全隐患甚至人员伤亡。
通过对矿区长期、动态的沉降监测,对矿区沉降规律进行分析,可及时掌握矿区地质环境的破坏程度,针对实际情况制定相应应急处理方案,同时矿区沉降监测获取到的地表形变数据信息可为矿区的规划、治理和发展提供数据支撑,有利于促进矿山地质灾害环境的一体化管理。
因此,矿区沉降监测是矿区开采和可持续发展的重要组成部分,矿区沉降监测对预防潜在地质灾害具有重要意义。
1 InSAR技术概述1.1InSAR技术的工作原理InSAR技术即为合成孔径雷达干涉测量技术,其基本理论根据与干涉测量法有关。
干涉测量法主要是通过两个光源同时向同一目标发射相干光,然后以两束相干光的相位差为依据,分析和计算出目标的位置距离。
InSAR技术则是利用两组天线装置进行同步观测,或者进行两次平行观测,从而得到地面上同一景观的图像,因为目标位置与两组天线装置的位置存在一定的几何关系,在图像中产生相位差,形成干涉条纹图,将斜距向上的点和两组天线的位置差等具体信息数据记录下来。
InSAR在地表变形监测中的应用

InSAR在地表变形监测中的应用InSAR在地表变形监测中的应用一、概述近年来地震、火山、滑坡和地面沉降等地质灾害越来越严重地威胁着人类的生存空间,针对这种灾害而发展起来的地表形变监测和测量技术就显得尤为重要。
20世纪70年代后期,空间影像雷达在遥感中开始扮演重要角色。
1978年美国国家航空与航天局(NASA)发射了第一颗用于观测地球表面的SEASAT卫星。
而后发现,合成孔径雷达(SAR)可以广泛地用于研究陆地、冰川和海洋、于空间影像雷达使用微波信号(厘米至分米波段)很少受气象条件及是否有太阳照射影响,可以在任何时候获取全球表面信息,因此非常适用于地表面监测工作。
侧视成像、脉冲压缩技术及合成孔径技术的综合应用,可以保证空间影像雷达获得几米到几十米精度的地面几何分辨率。
InSAR英文全称为Interferometric SyntheticAperture Radar,InSAR,中文含义为“合成孔径雷达干涉技术”,是一种使用微波探测地表目标的主动式成像传感器,InSAR传感器可以通过记载或星载的方式对地球表面成像,于航天技术的发展,商用卫星的InSAR系统已投入应用,并不断地趋于完善,使该项技术被认为是前所未有的新的空间观测技术。
研究表明:其能够生成大规模的数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM),InSAR用于差分模式(D-InSAR)能以cm级甚至毫米级精度在大的时间与空间尺度上探测到地球表面位移,并已应用于地震与火山研究、冰川运动监测、地球构造运动研究、地面沉降监测等领域。
Goldstein等人应用欧洲遥感卫星(或称地球资源卫星)ERS-1间隔6d的数据在没有地面控制点情况下直接测定冰川速率。
Massonnet等人首先利用ERS-1资料计算出1992年美国Landers 地震的同震位移,获得的地面至卫星方向上的变化量与野外断层滑动测量结果,与GPS观测结果非常一致。
星载InSAR技术在地质灾害监测领域的应用

星载 InSAR 技术在地质灾害监测领域的应用发布时间:2021-04-02T14:07:53.903Z 来源:《科学与技术》2021年1月1期作者:高攀[导读] InSAR是一项太空对地球开展的三维成像技术,它象征着空间遥感高攀四川省地质矿产勘查开发局区域地质调查队四川省成都市 610213摘要:InSAR是一项太空对地球开展的三维成像技术,它象征着空间遥感已进入一个新的阶段,即从二维信息获取变为三维信息获取,这一巨大的变化为大地测量引来一场较大的变革,且这一项技术是研究地质灾害的先进工具。
本文论述了星载InSAR技术在地质灾害监测领域的应用。
关键词:星载InSAR技术;地质灾害监测;应用一、星载InSAR技术概述1、内涵。
InSAR技术的全称是合成孔径雷达干涉技术,是一种现代化新型地面变形测量技术和手段。
以波的干涉为主,利用平行飞行的两个分离雷达天线去获取同一个区域两幅微型图像,或利用同一个雷达对同一个区域重复飞行两次,进而获得两幅微波图像。
随着科技水平的提升,GPS技术(全球定位系统)成为了测量地面变形的主要工具和手段之一,但此技术的测量也只能得到部分离散点,在点与点间也会造成大量重要信息的丢失。
而InSAR技术的诞生,为地质灾害监测工作带来了极大的便利,不仅工作效率高,且能突破GPS技术在测点中造成的信息丢失问题,进而提升测量精度。
此外,若在地质灾害监测中,能将GPS技术和InSAR技术进行有机结合,测量效果和精度俱佳。
2、优势①大范围全天候。
星载InSAR技术通过卫星雷达获取数据,覆盖范围广,可达几百甚至上千平方公里,且卫星雷达监测可穿透云层、无昼夜之分,能实现全天候监测。
②高精度高分辨率。
SAR卫星传感器空间分辨率高,地表监测精度达厘米甚至毫米级,可连续捕获持续较慢发展的边坡活动。
③可监测人员无法进入区域,成本低。
星载InSAR技术使用卫星SAR数据,无需设置地面基准点;从经济角度来看,虽然数据成本高,但由于一次性监测和分析面积大,总体造价较低。
浅谈InSAR与GPS技术融合

浅谈InSAR与GPS技术融合摘要本文介绍了InSAR技术与GPS技术的原理以及优缺点,通过对比揭示二者技术的互补性以及在监测复杂地形中二者融合的必要性和可行性。
同时介绍InSAR与GPS技术融合后可能产生的问题。
关键词InSAR;GPS;互补性前言星载合成孔径雷达干涉测量技术interferometric synthetic aperture radar,InSAR)是近20年发展起来的一种先进的极具发展潜力的空间观测技术,已广泛应用于各类形变监测中。
而GPS定位系统(Global Positioning System)发展至今,技术已较为成熟,为应用最广泛的空间大地测量手段。
InSAR作为一种监测手段,展现了诸多优势,但因其技术原理也存在固有的局限性,在很多情况下,其数据结果并不能满足实际的需求,引入其他对地测量技术如:GPS,充分发挥互补作用,是一个极具潜力的研究方向。
1 InSAR技术合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar,SAR)是20世纪50年代研制成功的一种新型微波传感器,作为有源系统,SAR具有全天候、全天时工作的能力,可以在不同的微波频段、不同的极化状态下得到地面目标的高分辨率遥感图像,是近几年迅速发展起来的微波遥感新技术。
基于SAR发展起来的星载合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)是利用SAR的相位信息提取地表的三维信息和高程变化信息的一项空间对地观测技术。
InSAR技术原理:通过两副天线同时观测(单轨模式),或单副天线间隔一定时间重复的观测(重复轨道模式),获取地表同一景观的复图像对。
由于目标与两天线位置之间距离位置不同,在复图像上产生了相位差,通过图像数据处理和几何转换提取目标区域的三维信息[1]。
2 GPS技术GPS定位系统(Global Positioning System,全球定位系统)是一种高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。
GNSS与InSAR地面形变监测深度融合

GNSS与InSAR地面形变监测深度融合GNSS与InSAR地面形变监测深度融合地面形变的监测对于理解地壳运动、地下水资源管理以及地震前兆等具有重要意义。
全球导航卫星系统(GNSS)和合成孔径雷达干涉(InSAR)是常用的地面形变监测技术,它们各自有其优势和劣势。
将GNSS和InSAR技术深度融合,可以充分发挥两者的优势,提高地面形变监测的精度和空间分辨率。
GNSS是一种通过卫星定位测量地面物体位置和速度的技术。
它利用一组全球分布的卫星,接收地面接收器上的信号,并根据信号的传输时间和卫星位置计算出接收器的位置和速度。
GNSS技术具有高精度、高可靠性和全球覆盖的优势,可以精确测量地球表面的水平和垂直位移。
然而,GNSS技术对于地面的遮挡和信号多路径效应敏感,而且无法提供地面形变的空间分辨率。
InSAR技术是利用合成孔径雷达传感器获取的雷达干涉相位图来测量地面形变的技术。
InSAR技术利用两次或多次雷达图像的干涉相位差来推断地面的形变情况。
InSAR技术具有非接触式监测、高空间分辨率和全天候能力的优势。
然而,InSAR技术受大气条件、植被覆盖和地物表面变化等因素的影响较大,还存在相位漂移和不连续现象,造成形变监测的精度和准确性降低。
将GNSS和InSAR技术深度融合可以弥补各自的不足,并提高地面形变监测的精度和空间分辨率。
首先,利用GNSS技术可以提供地面形变的连续监测。
GNSS技术可以提供高精度的绝对坐标,用于校正InSAR技术中的相位漂移。
其次,利用InSAR技术可以提供高空间分辨率的地面形变监测结果。
InSAR技术可以提供大范围地面形变的空间分布情况,用于揭示地壳运动的细节。
GNSS与InSAR技术的深度融合涉及数据预处理、模型约束和结果解释等方面。
在数据预处理阶段,需要对GNSS和InSAR数据进行配准和去除误差。
在模型约束阶段,可以利用地质和地球物理模型对地面形变进行约束,提高形变监测结果的准确性。
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合研 制 的新一 代空 间卫 星导航 定位 系统 。 由于 G S P
定位技 术 具有全 天 候 、 覆 盖 、 精 度 、 效 率 等特 全 高 高 点, 已成 为变形监 测 中极其 重要 的测 量手 段 , 在 变 其
地 表形 变监测 的 常规手段 是精 密水 准测量 或重
复光 电测距 三角 高程 测 量 , 些方 法在 我 国已沿 用 这
一
迟、 卫星轨 道误 差和 时变去 相关性 等 因素 的影 响 , 很 容 易导致 IS R图像 解 释 错误 ,nA nA IS R本 身 无 法解
决所 存在 的上 述 问题 , 切 需要 其 他 对地 观 测 技 术 迫 的参 与 。G S与 IS R两 种 方 法 的结 合 , 够 在 空 P nA 能 间域 和时 问域 同时提 升地 表形 变监测 的能力 。本 文
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
几 十年 , 变 形 监 测 和 环 境 治 理 做 出 了贡 献 。G S 为 P 是当前应 用最 广 泛 的一 种 对地 观 测 技 术 , 在地 表 形
形 监测 中的精度 已达亚毫 米级 J nA 。IS R是利 用 合 成孔径 雷 达 的相 位信 息提取 地 表三维 信 息和 高程 变
以较 为精确地 确定对 流层 、 电离层参 数 , 由于 受到 但 G S接收机 数 量 的 限制 , 往无 法 达 到 很 高 的布 网 P 往
密 度 , 空间域 的分 辨 率较 低 。合 成 孔 径 雷达 十 涉 在
测 量 (nef o er yte ca et erdr IS R) it e m tcsnh t pr r a a,n A rr i i u
景 和存 在 的 问题 进行 了探讨 。
2 GP S和 IS n AR技术 融合的可 行性
的互 补性 : 在空 间范 围上 , P ① G S的监测 范 围仅仅 局
限于一定 区域 , 利 用 IS R可 以监 测 大范 围 的变 而 nA
形, 能得到一个地表整体连续的变化趋势 ; nA ②I R S 的空 间分辨 率 可 以达 到 2 m X2 m_ , 供 的是 整 0 0 3 提 J
维普资讯
第2 8卷 第 4期
20 0 8年 7月
海 洋 测 绘
H YDRO GRA P C URVEYI HI S NG AN D CHA RTI G N
Vo128. o 4 . N .
J 1 2 08 u ., 0
GP — S R 数 据 融 合 用 于 地 表 形 变 监 测 的 研 究 SI A n
垂直 )
卫 星 数 量 ( 1 ) G S卫 星 1颗 S R雷 达卫 星 2 +3 颗 P A 地 面 接 收 机 至 少 2台 以 上 无需
从表 1可 以看 出 , 两种 对 地 观测 技 术 具 有很 好
分析 了 G S和 IS R两种 技术 融合 的可 行性 , 述 P nA 论 了 G SIS R融合 技术 的理论 和 方法 , 其 应 用 前 P. A n 对
在 的 问题 进行 了探 讨 。
关键词 : 全球定位系统 ; 合成孔径雷达干涉测 量 ; 地表形变 ; 数据融合 中图分类号 : 2 7 P 2 文献标识码 : A 文章编号 :17 —04 2 0 )40 0 .3 6 134 (0 8 0 .0 80
1 引 言
空 间对地 观测新 技术 。G S是 由美 国陆海 空三 军联 P
空 间分辨率 定位能力
观 测 量
区域覆盖 、 离散性
(5 m × 5 m) 2k 2k
全球覆盖 、 连续性
(0 × 0 2 m 2 m)
提供绝对 坐标 、 平面定位精度 高
三维 ( 水平
、
提供相对坐标 、 高程定位精度高
维 ( 面 点 与 地 卫 星 之 间 的距 离 )
是 近年来 迅速 发展 的地 表形 变监 测 新技 术 , 越 来 有 越 多 的国家 和 地 区利 用 IS R 来探 测 诸 如 由 于 矿 nA
比较 指 标 监 测 范 围 时 间 分 辨
GS P 一 定 区 域 率 近 连 续 性 ( 十秒 至 几 个 小 时 ) 数
IS R nA 大 范 围 周 期 性 (4~ 4天 ) 2 4
焦明连 蒋廷 臣 , , 。
( .淮海工学院 测 绘工程学 院 , 1 江苏 连云港 2 20 ; .武汉大学 卫 星导航定位技术研究 中心 , 20 1 2 湖北 武汉 407 ) 30 9
摘要 : 全球定位系统 ( P ) G S 和合成孔 径雷达 干涉测量 (nA 集 成技 术在地表形变监 测中具有 广阔的应用前 IS R) 景。分析 了 C S和 IS R两种 技术 融合的可行性 , P nA 论述 了 G SIS R融合技术 的理 论和方法 , P. A n 对其应用 前景和存
山开 采 、 震 、 山 运 动 等 引 起 的地 表 形 变 现 象 。 地 火
IS R技 术不但 具 有 亚厘 米 级 的探 测 精 度 u , 且 nA j而 具有 成本低 、 连 续性 和远 程 遥感 探 测 的能力 。但 近 由于雷达卫 星 有 固定 的 运行 周 期 , 以满 足在 时 间 难 域 的分辨率 , 同时 IS R 数据 质 量还 受 到 大气 层 延 nA
个 区域 面上 的连 续 信 息 。而 G S采 集 数 据 的空 间 P
分辨 率远 不如 遥感 , 于监 测 地 表形 变 的 G S网基 用 P
化信息 的一项技 术 , 于地 表 形 变监 测 的优 点 是 可 用 以大 面积 获取数 据 、 间分 辨率 高 、 对成 本低 。两 空 相
者技术 特点 比较 如表 1所示 。
表1 GP S与 IS R 技 术 的 比较 nA
变监测 领域 的应用 日臻 成熟 , 不仅定 位精 度高 , 还可