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地质所屈春燕等参加2017年雷达干涉测量国际会议

2017-07-06

Fringe workshop 是由欧空局(European Space Agency)组织的专门针对合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)研究及应用的国际研讨会。Fringe会议每年举行一次,目的在于将全世界范围内从事InSAR技术研究应用的专家、学者和研究生汇聚在一起,共同交流讨论和分享InSAR技术成果与进展,推动InSAR技术的新发展。Fringe会议不像之前参加过的国际遥感地质大会(IGARSS)涉及光学、雷达及红外及多种遥感技术在各方面的应用,它是专门对雷达遥感及InSAR技术的研究应用进行深入的交流和研讨。今年是第十届Fringe会议,于2017年6月5-9日在芬兰首都赫尔辛基阿尔托大学召开。今年的会议主题是“Advances in the Science and Applications of SAR Interferometry and Sentinel-1 InSAR”。

图1 屈春燕研究员和宋小刚副研究员在会场

此次会议的最大特色是呈现了大量利用新型雷达卫星数据(Sentinel-1:哨兵数据,)的最新研究成果及进展,包括Sentinel-1 卫星状态、数据特点,数据处理新算法、新方法,Sentinel-1数据产品及在地震、构造、地面沉降、滑坡及冰雪变化等各领域的最新应用成果。表1 显示了2017 Fringe workshop会议的专题设置,从中可以看出会议涉及InSAR 理论、技术、方法和应用的各个方面,但是InSAR在地震构造及地面沉降与滑坡中的应用是最主要的应用领域,其次是InSAR在冰/雪监测、火山监测及植被监测与DEMS中的应用。


一、       参加专题的特点

此次会议专题很多(如表1),我们主要挑选如下4个与自己研究领域更为密切和重要的专题进行聆听和交流。另外屈春燕研究员和宋小刚副研究员分别作了题为《Coseismic deformation of the 2016 South Taiwan Mw6.3 earthquake from InSAR and source slip inversion》和《Measurement of interseismic strain accumulation across the Haiyuan fault system using atmosphere-corrected SAR interferometry》的张贴报告,如图2。

(1)Earthquakes and tectonics(InSAR在地震和构造地质中的应用)

介绍InSAR技术在地震及活动构造监测中的应用成果及方法创新,即基于高精度、高密度InSAR技术的地震震例和构造带变形场的详细解剖成果交流,是本次会议上报告最多的专题之一。

(2)S1 - TOPS InSAR

介绍Sentinel-1A/1B卫星的发展计划,数据产品服务模式, Sentinel-1A/1B星座数据处理新方法新技术及其在各行各业的应用成果的等。

(3)Methodology and Techniques - PSI(PSInSAR方法和技术)

介绍PSInSAR技术在震间-震时-震后形变及地质构造变形中的应用成果和研究案例,对我们的研究有很大的启发。

(4)Methodology and Techniques - DInSAR(DInSAR方法和技术)

介绍常规DInSAR技术在地震及活动构造监测中的应用成果及方法创新。

图2 屈春燕研究员和宋小刚副研究员做张贴报告

表1  2017 Fringeworkshop会议专题设置

序号

专题名称

专题数量

报告数量

1

Earthquakes and tectonics 

InSAR在地震和构造地质中的应用

5

25

2

Terrain subsidence and landslides 

InSAR在地面沉降和滑坡中的应用

5

25

3

Ice and snow

InSAR在冰和雪监测中的应用

4

20

4

Volcanoes

InSAR在火山监测中的应用

3

15

5

Thematic mapping, vegetation and DEMs

基于InSAR的专题制图,植被监测和DEM生成

3

15

6

S1 - TOPS InSAR

新一代哨兵InSAR卫星数据

2

10

7

Methodology and Techniques - PSI

PSInSAR方法和技术

2

10

8

Atmosphere/Ionosphere

InSAR大气层、电离层矫正

2

10

9

Methodology and Techniques - DInSAR

DInSAR方法和技术

2

10

10

ESA & Sentinel-1 

欧空局与新一代哨兵InSAR卫星(Sentinel-1)

2

10

11

InSAR Theory

InSAR理论

1

5

12

Italy 2016 Earthquake sequence

意大利2016地震序列

1

5

13

Future Missions

将来的InSAR卫星计划

1

5



 

165

14

展板报告

2

330

15

报告总数

 

495

二、亮点内容介绍

1、欧空局的哨兵数据(Sentinel-1A/1B)是目前及未来研究应用的重点

InSAR技术实现了大地测量的遥感观测,以其高精度,面状连续测量,全天时全天候工作模式等独特优势为地震周期不同阶段的构造变形、地面沉降,滑坡和火山活动等各地球科学研究领域带来前所未有的新途径。但是前些年由于InSAR数据类型少,价格高,不易获取到等原因,极大地制约着这项技术的推广和普及。而哨兵数据(Sentinel-1A/1B)的出现彻底突破了这一瓶颈,使InSAR技术的应用潜力真正释放出来,得到广泛应用和深入普及。

由ESA于2014年发射的Sentinel-1A/1B实行了全球免费下载使用策略,完全了免去了过去人们需要申请、订购、支付等一切繁琐的流程和昂贵的数据费用,而是可以直接下载使用,这使我们可以研究全球的震例,而不局限于中国大陆,比如2015年发生的尼泊尔地震,智利地震等。

对于Sentinel-1A/1B数据本身来说,由于其采用TOPs模式后,每景的数据量非常大,这给数据的下载和传输带来了问题,阻碍了哨兵数据的推广应用,再加上InSAR技术本身对于非专业领域人员的理解困难,这更不利于InSAR技术和产品的推广应用。针对这些问题,一些专家学者提出了“如何朝着InSAR友好的数据产品前进”的发展理念,针对从事InSAR的科技工作者,能够提供便于访问的数据产品,比如直接提供经过地理编码、相位误差补偿的SLC产品,减少InSAR工作者的数据处理工作;而针对非InSAR工作者,每个国家应该发起一系列计划,基于Sentinel-1A/1B数据建立起全国性的服务系统,提供有用、可靠、实时更新的形变数据,以及详细的培训计划,同时由于形变数据的敏感性,需要国家根据各自不同的法律和规则去相应地调整这种服务。未来几年中国也要发射自己的InSAR双星系统(L-SAR),这对于我们自己卫星数据的管理和分析以及推广都有很好的借鉴作用。

 

2、震间-震时-震后形变及地质构造变形是InSAR的主要应用领域

这次会议上关于震间-震时-震后形变及地质构造变形的专题和报告最多,不言而喻这是InSAR技术的主要应用领域。这方面的应用主要集中在三个方面:一是利用高精度高密度InSAR技术对地震震例进行详细解剖,包括地震造成的地表形变场,地表破裂带,震源断层模型和破裂机制等,其次是震后形变场的观测研究及地壳-上地幔粘弹性参数的反演研究,三是长期缓慢震间形变的监测研究(如图3)。随着这几年时序InSAR技术在提取断层微小形变技术的发展与完善,以及多颗高分雷达卫星(比如Sentinel-1卫星)的出现,全球覆盖的高空间和时间分辨率的雷达数据获取成为现实,欧洲的COMET组织提出了基于InSAR和GPS构建全球新一代地壳运动速度场的概念,这也是目前国内外地震行业InSAR研究人员正在努力实现的目标。

图3 部分研究人员获取的有关Anatolian和阿尔金断裂的形变速率场

3、split-spectrum技术

在今年InSAR技术本身方面的研究进展,无疑是split-spectrum技术最为醒目,它为InSAR技术中电离层误差改正这一多年的技术难题的解决带来了曙光。研究发现,对于Sentinel-1和ALOS-2这些新卫星,电离层影响比较严重,在进行地震形变获取,特别是断层微小形变监测时,电离层的影响必须去除。许多研究人员利用split-spectrum技术对一些案例中电离层的影响进行了成功的移除(如图4)。这也为我们以后利用Sentinel-1和ALOS-2进行地震周期形变监测时,提供了技术上的解决手段。

图4 部分利用split-spectrum技术进行电离层改正的研究结果

三、见识和体会

1、见到许多InSAR领域国际顶尖知名专家,受益匪浅

在此次会议上亲自见到并聆听了国际上InSAR界的知名专家的报告,感到很荣幸,对自己今后的研究也会受益匪浅。之前在文献中阅知的国际顶尖知名专家,例如英国牛津大学的Barry教授,英国纽卡斯尔大学的Zhenghong Li教授,英国利兹大学的Hasson教授,作为Stamps软件编写人的英国利兹大学Hooper教授等均在会议上做报告(附件3为国外见到的主要人员名单及通讯信息)。通过这次会议与国际上InSAR界顶级专家直接交流,了解到行业内最新发展动态和前沿技术方法,是非常难得的含机会。

2、我们与国际同行的差距在逐年缩小

从国内外学者InSAR研究应用领域、报告的内容及展示成果图等方面来看,国内在InSAR技术方面的研究基本与国际同步,国外开展的研究和应用,我们国内也几乎都在进行,或略微滞后2-3年,看到国外学者展示的研究成果,我们都是似曾相识,并不陌生。可以说我们与国外的差距是在逐渐缩小的。这得益于信息网络提供的发达资讯和便捷获取,以及近年来开展的广泛交流使更多人能够走出国门与国际同行开展面对面交流,人们对出国参加国家会议不再那么神秘,对站在国际舞台做学术报告也不再犯怵了,这就意味着我们的科研水平正在接近国际水平了。

3、我们的优势与劣势

得天独厚的地质环境条件和年轻人多是我们的两大优势。从参会人员看,外国学者普遍是年纪大的多,而我国学者是年轻人多。从研究区域看,许多国外学者都在我国西部开展观测研究,而这对于我们是守家在地,我们不仅可以通过卫星遥感观测,还能够结合一些地面观测数据,并进行实地的野外考察,这是我们的优势。我们的劣势是在数据处理技术方面,在一定程度上需要依赖国外的技术方法,我们的成果偏应用的多,而在技术方法方面的原始创新成果偏少,当然,这也不是在短时间内能解决的问题,需要漫长的积累,不经过学习和模仿阶段也很难凭空创新的,但我们应该意识到这个问题。

4、对于学科发展的建议和想法

目前雷达卫星技术的发展进入了活跃阶段,其数据产品也开始走入实用化和工程化阶段,高空间和时间覆盖率的雷达数据给我们提供了一次饕殄盛宴,像PS-InSAR技术的创始人意大利Ferriti教授所说:it’s time to think big(是时候去考虑一个大的课题了)!丰富的InSAR数据资源给我们提供了一种可能:就是实时、动态地监测全国甚至全球范围的地壳形变,构建覆盖全国或全球的三维地壳形变速度场,并不断地实时更新,为构造活动、灾害评估与预警以及社会经济服务。从数据获取,到产品提取,再到服务社会,形成一个完整的系统。未来几年,我们国家要发射自己的InSAR双星系统,在设计和规划阶段,我们应该站在更高和更远的角度去规划我们的卫星发射、产品产出及最终的服务供给,这次会议中涉猎的一些内容无疑给我们提供了非常好的建议和经验。