Tensor Decomposition-Based Compression of Wide-Area Long Time Series InSAR Images and Application to Surface Deformation Monitoring

LI Yongfa; ZUO Xiaoqing; ZHU Daming; WU Wenhao; BU Jinwei; LI Yongning; GU Xiaona; ZHANG Jianming; HUANG Cheng

doi:10.13203/j.whugis20230164

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Tensor Decomposition-Based Compression of Wide-Area Long Time Series InSAR Images and Application to Surface Deformation Monitoring

Photogrammetry and Remote Sensing | 更新时间：2026-11-05

- Tensor Decomposition-Based Compression of Wide-Area Long Time Series InSAR Images and Application to Surface Deformation Monitoring
- Geomatics and Information Science of Wuhan University Vol. 50, Issue 12, Pages: 2472-2484(2025)
- 作者机构：
  
  1.昆明理工大学国土资源工程学院，云南昆明，650093
  2.云南省自然资源智能监测与时空大数据治理重点实验，云南昆明，650051
  3.湖南科技大学煤炭资源结利用与矿山环境保护湖南省重点实验室，湖南湘潭，411201
  4.云南省地质环境监测院，云南昆明，650216
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13203/j.whugis20230164
  CLC： P237
- Received：13 August 2024，
  
  Published：05 December 2025
- 稿件说明：
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李勇发,左小清,朱大明，等.基于张量分解的广域长时序InSAR影像压缩及地表形变监测[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(12):2472-2484.

LI Yongfa,ZUO Xiaoqing,ZHU Daming,et al.Tensor Decomposition-Based Compression of Wide-Area Long Time Series InSAR Images and Application to Surface Deformation Monitoring[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(12):2472-2484.
李勇发,左小清,朱大明，等.基于张量分解的广域长时序InSAR影像压缩及地表形变监测[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(12):2472-2484. DOI：10.13203/j.whugis20230164

LI Yongfa,ZUO Xiaoqing,ZHU Daming,et al.Tensor Decomposition-Based Compression of Wide-Area Long Time Series InSAR Images and Application to Surface Deformation Monitoring[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(12):2472-2484. DOI：10.13203/j.whugis20230164

摘要

随着合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）影像的持续积累，合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar，InSAR）技术在处理广域长时序地表形变监测任务时，面临数量激增带来的计算瓶颈。尤其是采用分布式散射体InSAR（distributed scatterers InSAR，DS-InSAR）方法时，干涉对的全组合策略导致解算过程极为耗时，限制了其在大区域形变监测中的广泛应用。由于时序InSAR数据在时空维度上通常包含大量冗余信息，影像压缩成为去除冗余信息的有效解决手段。因此提出一种基于张量分解的广域长时序InSAR影像压缩方法，利用空间内像素统计特性的一致性将协方差矩阵重构为三阶张量，并借助Tucker分解实现时空维数据压缩。为验证其有效性，选取昆明市主城区Sentinel-1A影像进行实验。结果显示，在2×3和2×5的子空间窗口设置下，处理效率分别提高约24倍与40倍，且形变反演精度仍符合监测要求；当子空间窗口为2×10和2×15时，尽管部分信息丢失，主要形变区域依然可辨识，此时效率提升分别达约80倍与120倍。为应对广域长时序InSAR形变监测中的计算难题提供了一种新的途径，具有较好的工程应用前景。

Abstract

Objectives

With the continuous accumulation of synthetic aperture radar (SAR) images

interferometric synthetic aperture radar (InSAR) technology is facing a computational bottleneck caused by the surge in the number of SAR images when processing wide area and long-term surface deformation monitoring tasks. Especially for the distributed scatterers InSAR (DS InSAR) method

the full combination strategy of interferometric pairs results in an extremely time-consuming solution process

limiting its widespread application in large-scale deformation monitoring. However

temporal InSAR data often contains a large amount of redundant information in the spatiotemporal dimension. Removing redundant information through image compression has become an effective solution.

Methods

This paper proposes a tensor decomposition⁃based method for wide area long time series InSAR image compression. The proposed method utilizes the consistency of spatial pixel statistical properties to reconstruct the covariance matrix into a third-order tensor

and uses Tucker decomposition to achieve spatiotemporal data compression.

Results

To verify its effectiveness

Sentinel-1A images from the main urban area of Kunming city are selected for the experiment. The results show that under the compression subspace settings of 2×3 and 2×5

the processing efficiency is improved by about 24 times and 40 times

respectively

and the deformation inversion accuracy still meets the monitoring requirement. When the subspace is expanded to 2×10 and 2×15

although some information is lost

the main deformation area can still be identified

and the efficiency is improved by about 80 times and 120 times

respectively.

Conclusions

This paper provides a new approach to address the computational challenges in wide area long-term InSAR deformation monitoring

and has good engineering application prospects.

关键词

Keywords

references

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