董志塬地区位于黄土高原中心地带,滑坡灾害频发,亟需明确滑坡易发性分区,以支持该区域滑坡隐患的科学防控。因此,本文以董志塬为研究区,选取高程、坡向和NDVI等12个影响因素作为评价因子,基于频率比(frequency ratio,FR)模型,结合随机森林(random forest,RF)与人工神经网络(artificial neural network,ANN)模型开展滑坡静态易发性评价,并分析各因子对评价精度的贡献。结果表明,FRRF和FR-ANN模型的曲线下面积(area under the curve,AUC)值分别为0.922和0.918,表明FR-RF模型在董志塬滑坡易发性评价中的精度更高。坡度、坡向和道路密度对滑坡易发性的贡献率分别为16.7%、15.3%和1.4%。为克服地形复杂和数据更新滞后的问题,本文将FR-RF模型的易发性结果与InSAR Stacking结果相结合,将静态滑坡易发性评价精度由6.9%提升到8.1%。动态易发性结果表明,董志塬滑坡高易发区主要分布于河流沿岸,占总面积的6.5%,该区域的滑坡数量占总滑坡数的23.6%,滑坡密度15.7个/km2。低易发区主要位于远离河流的中部区域,占总面积的81.7%,滑坡数量占总滑坡数的57.8%,滑坡密度4.7个/km2。本研究通过融合InSAR Stacking方法,解决了静态滑坡易发性评价数据更新滞后问题,减少了假阴性错误,为传统滑坡易发性评价赋予了时效性,可以实现董志塬滑坡易发性动态评价,为灾害防治提供了重要数据支持。
针对复杂山区地质灾害监测在“何时、何地、采用何种手段”的问题,本文提出以查明孕灾条件为前提,划定“点面双控”区域为基础,融合自动化监测与综合遥感技术,建立多手段分级协同“点面双控”监测体系。并以丹巴县城为例,针对丹巴县城高位破碎崩塌、大型土质滑坡和岩质滑坡三类典型隐患点灾害以及县城面域风险区,制定差异化监测方案。采用点状监测设备60台套与面域监测技术结合,完成研究区域56.22 km2风险区及87处隐患点全覆盖监测,研究表明,“点面双控”监测体系通过多技术协同与分级管理,可显著提升监测覆盖率和有效性,为复杂山区地质灾害监测提供实践范式。
本文以陕西省为研究区域,融合多源碳卫星观测数据,构建了2020~2022年高空间覆盖率的XCO2数据集;基于机器学习模型,结合气温、海拔、NDVI和人口数量等驱动因子,重建了陕西省XCO2的高分辨率(1 km×1 km)时空分布图谱;最后结合地面碳排放清单深入探讨了人类活动对CO2浓度的驱动作用。研究结果表明,融合XCO2数据集显著提升了有效观测数,其平均覆盖率较单一卫星数据提高超过15%;构建的年度模型表现稳定,R2均高于0.95,RMSE均低于0.55×10-6,重构的XCO2图谱在有效填补数据空白的同时,也揭示了陕西省大气CO2浓度的时空变化特征。本研究获取的精细尺度大气XCO2分布可为区域碳排放政策制定提供有力支撑。
合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)技术凭借其全天候、大范围、高精度的优势,已成为矿区地表形变监测的重要技术手段。矿产资源开发作为国家能源资源安全战略的重要组成部分,其地下开采活动引发的地表形变监测对保障安全生产具有重要意义。随着多源卫星数据的日益丰富和算法体系的持续优化,InSAR技术在地下矿山开采形变监测中取得了显著进展,但同时也面临诸多挑战。本文系统阐述了InSAR技术的原理,介绍了国内外利用InSAR监测地下开采引起地表形变的研究成果,分析了该技术在实际应用中存在的局限性,并针对性地分类总结了当前的研究进展。在分析各类方法优势与局限的基础上,本文进一步展望了地下矿山形变监测的未来发展方向,包括深度学习在形变预测中的应用潜力、多模态数据智能融合等前沿思路,为保障国家矿产资源安全开采和重大灾害防控提供科学理论参考。
在人工建筑物稀疏或永久散射体分布不连续的区域,尤其是矿区等大范围区域内地表形变监测中,传统的干涉合成孔径雷达(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术往往因回波相干性较差而难以获取有效的形变信息。针对该问题,本文通过融合永久散射体合成孔径雷达干涉测量(persistent scatterer interferometric synthetic aperture radar, PS-InSAR)与分布式散射体干涉合成孔径雷达(differential synthetic aperture radar interferometry, DS-InSAR)技术,系统对比了KS检验(Kolmogorov-Smirnov)、BWS检验(best-worst Scaling)、广义似然比检验(generalized likelihood ratio, GLR)、置信区间假设检验(HTCI)与t检验等多种同质像元识别方法,并对影像质量进行筛选优化。在识别出同质像元后,通过协方差矩阵特征值分解进行相位优化,实现对低相干区域的噪声抑制与干涉质量增强。结果表明,该方法可显著降低相位标准差与残差点数量,改善长短基线干涉图的整体质量,显著提升了形变反演的空间连续性与解算精度。
海洋潮汐引起海水质量重新分布,进而引发固体地球周期性形变的海潮负荷(ocean tide loading, OTL)效应,在合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)中引入长波信号误差。随着InSAR应用向广域范围拓展,OTL位移影响不可被忽略。现有研究多聚焦于大气对流层延迟误差这一长波信号的改正,缺乏对大气与海潮负荷位移联合改正效果的评估。本文以全球潮差最大区域之一的加拿大昂加瓦湾(Ungava Bay)为研究区,联合采用GACOS产品与海潮模型对哨兵一号卫星InSAR干涉图进行改正,并基于相位标准差、空间相关性及距离相关性等多项指标对结果进行定量评估。结果表明,昂加瓦湾研究区OTL位移对InSAR观测影响量级可达厘米级,呈现自沿海向内陆递减的梯度特征;经大气延迟误差与海潮负荷位移联合改正后,研究区干涉图相位标准差下降超过40%,有效抑制了长波信号误差;空间相关函数揭示了长波信号误差的空间结构与距离依赖性,大气延迟误差在方向上表现相对随机,而OTL位移具有稳定的方向性特征,两者均随距离增加而显著累积。在广域InSAR应用中,需对大气延迟和海潮负荷位移进行联合改正,以提升数据精度和可靠性。
滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害常发生在植被茂密且地形复杂的区域,居高位,极具隐蔽性。为了有效识别潜在地质灾害隐患的分布,突破传统人工地面调查效果差、效率低的局限性,本文采用多源遥感综合识别方法,充分发挥“天-空-地”一体化调查体系的优势。以佛山市西樵山及周边为研究区域,首先利用ALOS-2、Sentinel-1星载多源合成孔径雷达数据进行了广域InSAR形变信息提取,进行全面普查,针对全面普查中的异常区域,利用机载LiDAR和无人机倾斜摄影测量对其进行“筛查”。共识别出94处地质灾害,其中滑坡16处,崩塌34处,泥石流16处,危岩28处。通过人工调查核验,多源遥感新识别出了35处地质灾害隐患,占总灾害数37.23%。研究采用多源遥感综合识别方法,构建的“天-空-地”一体化的调查体系可为隐蔽性地质灾害隐患调查工作提供借鉴。
合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)融合地理信息系统(geographic information system,GIS)在地表城市建筑物安全风险分析中发挥了巨大作用。然而,当前基于InSAR形变的数字化城市建筑物分析平台较少,且功能模块不全、使用成本较高,难以满足城市形变风险评价需求。为此,采用B/S构架与Cesium数字地球设计并开发了城市建筑物形变风险分析平台,并以南京市河西地区的建筑物为形变风险分析对象,测试了平台性能。测试结果表明:(1)平台能够利用InSAR解算的地表形变和城市矢量数据实现监测点的时序形变分析、建筑物形变风险分析、区域风险建筑物统计等功能;(2)平台对试验区内建筑物进行了监测点的时序形变分析与建筑物的稳定性分析,试验区内建筑物风险等级为A级(安全)的占比最大,达到66.96%,并且同一建筑物上不同监测点的形变曲线整体趋势基本一致,证明了平台在处理InSAR监测点数据方面的可靠性。
针对视觉结构振动位移监测中因相机分辨率限制及监测距离增加导致成像位移过小、数字图像相关(DIC)算法精度下降问题,本文采用视频运动放大(VMM)辅助改进DIC的监测方法,重点围绕高铁桥梁场景开展DIC辅助参数设定与闭环实践,并在远距离、低分辨率工况下进行量化验证。该方法首先基于DIC初步估计低分辨率图像位移,据此提取VMM所需主频与放大倍率等关键参数;经参数微调与运动放大后,获得无伪影的清晰视频,进而再次运用DIC计算高精度位移。通过室内钢悬臂梁与室外高铁桥梁实验,分别以激光位移计与线性变量差动变压器为参考,与传统DIC方法进行对比。结果表明:在室外0.8像素振动位移监测中,本文方法相较于传统DIC使均方根误差(RMSE)下降14.08%,主频偏差下降1.16%。实验验证了该方法能有效补偿分辨率损失,在远距离复杂噪声环境中具有更优的监测精度。
澜沧江流域高山峡谷区地形陡峭、地质条件复杂,滑坡灾害频发且隐蔽性强,给灾害隐患识别与监测带来巨大挑战。本文基于2017年8月至2021年10月共126景Sentinel-1影像,采用时间序列合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)技术开展滑坡隐患识别。运用收敛交叉映射(convergent cross mapping,CCM)方法与替代数据检验,评估形变与降雨的因果关系,并结合小波分析探讨二者在时频域的响应规律。结果表明:滑坡隐患集中在大华桥水电站上游,共识别出10处活动性滑坡;雨季形变速率普遍为枯季的2倍及以上,形变受季节性降雨影响;滑坡形变与降雨的因果系数收敛至约0.5,替代检验结果显示二者非线性因果不显著,降雨的非季节性短期波动对形变的影响有限;形变与降雨在年尺度上密切相关,对降雨的响应存在空间差异。本研究可为高山峡谷区滑坡灾害机理研究与风险防控提供科学依据。