星载InSAR数据驱动的城市建筑稳定性评估:以昆明市为例

黄委彬; 杨梦诗; 赵志芳; 刘朝海; 赵飞; 刘蕊

doi:10.13203/j.whugis20240427

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

星载InSAR数据驱动的城市建筑稳定性评估:以昆明市为例

雷达干涉测量 | 更新时间：2026-11-06

- 星载InSAR数据驱动的城市建筑稳定性评估:以昆明市为例
- Satellite-Based InSAR Data-Driven Urban Building Stability Assessment： A Case Study of Kunming City
- 武汉大学学报（信息科学版） 2025年50卷第8期页码：1669-1681
- 作者机构：
  
  1.云南大学地球科学学院，云南昆明，650500
  2.云南省中老孟缅自然资源遥感监测国际联合实验室,云南昆明，650500
  3.云南省遥感中心,云南昆明，650034
- 作者简介：
  
  黄委彬，硕士，研究方向为InSAR在城市基础设施监测中的应用。bin_ynu@foxmail.com
  杨梦诗，博士,副教授。yangms@ynu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(42474040);云南省基础研究计划(202301AT070145;202201AU070014);云南省“兴滇英才”青年人才引进项目
- DOI：10.13203/j.whugis20240427
  中图分类号： P237
- 收稿：2025-02-13，
  
  纸质出版：2025-08-05
- 稿件说明：
移动端阅览
黄委彬,杨梦诗,赵志芳，等.星载InSAR数据驱动的城市建筑稳定性评估:以昆明市为例[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(8):1669-1681.

HUANG Weibin,YANG Mengshi,ZHAO Zhifang,et al.Satellite-Based InSAR Data-Driven Urban Building Stability Assessment：A Case Study of Kunming City[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(8):1669-1681.
黄委彬,杨梦诗,赵志芳，等.星载InSAR数据驱动的城市建筑稳定性评估:以昆明市为例[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(8):1669-1681. DOI：10.13203/j.whugis20240427

HUANG Weibin,YANG Mengshi,ZHAO Zhifang,et al.Satellite-Based InSAR Data-Driven Urban Building Stability Assessment：A Case Study of Kunming City[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(8):1669-1681. DOI：10.13203/j.whugis20240427

摘要

合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar，InSAR）技术可以提供周期性的地表形变监测，被广泛应用于城市地表沉降和基础设施形变监测，为城市安全与可持续发展提供了重要保障。创新性地探讨了InSAR技术测量的形变信号与建筑稳定性之间的映射关系，提出了两项指标：基于建筑物形变强度特征构建的均方根速率指标和根据建筑物形变分布建立的速率分布指数指标，发展了基于InSAR形变数据驱动的建筑稳定性评估框架，通过整合形变信号与建筑物结构特性，实现对城市建筑稳定性的大规模、系统化评估。以中国云南省昆明市为研究区，收集了106景高分辨率TerraSAR-X影像验证方法的有效性。实验结果表明，昆明市区86.96%的建筑物处于安全状态，8.37%的建筑物需重点关注，4.2%的建筑物存在潜在风险，仅有0.47%的建筑物显示出较高的风险。研究还揭示了建筑稳定性受到工程建设活动和建筑物自身结构特征（如高度、设计等）的显著影响，尤其在工程建设频繁区域，高层建筑的稳定性普遍较差。此结果为高风险建筑的识别提供了科学依据，为未来城市基础设施的智能监测与风险评估奠定了坚实的基础。

Abstract

Objectives

Interferometric synthetic aperture radar （InSAR) technology

as an efficient tool for urban deformation monitoring

has been widely applied to surface subsidence and infrastructure deformation monitoring

providing support for urban safety and sustainable development.

Methods

This study innovatively explores the relationship between displacement signals measured by PS-InSAR and building stability

proposing two key indicators: The root mean square rate indicator based on building deformation intensity characteristics

and the rate distribution index constructed from the spatial distribution of building deformations. A PS-InSAR data-driven framework for building stability assessment is developed

which integrates deformation signals with building structural characteristics to enable large-scale

systematic evaluations of urban building stability.This study collects 106 high-resolution TerraSAR-X images over Kunming City

Yunnan Province

China

to assess the effectiveness of the proposed framework for large-scale urban building stability evaluation.

Results

The experimental results indicate that 86.96% of the buildings in Kunming's urban area are classified as stable

while 8.37% exhibit minor deformations that warrant closer monitoring

and 4.2% are categorized as potentially unstable

necessitating more detailed investigation. Only 0.47% of the buildings were found to be at high risk.

Conclusions

The analysis further highlights that building stability is profoundly influenced by factors such as ongoing construction activities and the structural characteristics of the buildings (e.g.

height). Specifically

high-rise buildings in regions with frequent construction tend to display poorer stability

which suggests a need for targeted monitoring in such areas. These findings provide a robust scientific basis for identifying buildings at risk and offer valuable insights for urban planning

risk management

and engineering decision-making processes

thereby contributing to the development of proactive infrastructure management strategies.

关键词

Keywords

references

魏子新，王寒梅，吴建中，等 . 上海地面沉降及其对城市安全影响［J］. 上海地质， 2009 ， 30 （ 1 ）： 34 - 39 .

WEI Zixin ， WANG Hanmei ， WU Jianzhong ， et al . Land Subsidence and Its Influences on Urban Security of Shanghai ［J］. Shanghai Geology ， 2009 ， 30 （ 1 ）： 34 - 39 .

肖和平 . 城市地质灾害及对策［J］. 灾害学， 2000 （ 2 ）： 39 - 43 .

XIAO Heping . Urban Geological Hazards and Countermeasures ［D］. Disaster Science ， 2000 （ 2 ）： 39 - 43 .

周云，陈嘉豪，易伟建，等 . 某砌体结构房屋倒塌事故分析与倒塌全过程仿真模拟［J］. 土木工程学报， 2024 ， DOI： 10.15951/j.tmgcxb.23121034 http://dx.doi.org/10.15951/j.tmgcxb.23121034 .

ZHOU Yun ， CHEN Jiahao ， YI Weijian ， et al . Analysis of a Masonry Structure House Collapse Accident and Simulation of the Whole Collapse Process ［J］. China Civil Engineering Journal ， 2024 ， DOI： 10.15951/j.tmgcxb.23121034 http://dx.doi.org/10.15951/j.tmgcxb.23121034 .

周云，郝官旺，危俊杰，等 . 基于PS-InSAR技术的大跨度桥梁结构变形监测综述［J］. 工程力学， 2023 ， DOI： 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.12.1069 http://dx.doi.org/10.6052/j.issn.1000-4750.2022.12.1069 .

ZHOU Yun ， HAO Guanwang ， WEI Junjie ， et al . A Review on Structural Deformation Monitoring of Large-Span Bridges Based on PS-InSAR Technology ［J］. Engineering Mechanics ， 2023 ， DOI： 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.12.1069 http://dx.doi.org/10.6052/j.issn.1000-4750.2022.12.1069 .

朱茂，沈体雁，黄松，等 . InSAR技术地铁沿线建筑物形变监测［J］. 国土资源遥感， 2019 ， 31 （ 2 ）： 196 - 203 .

ZHU Mao ， SHEN Tiyan ， HUANG Song ， et al . Research on Applications of InSAR Technology to the Deformation Monitoring of Buildings Along the Subway ［J］. Remote Sensing for Land & Resources ， 2019 ， 31 （ 2 ）： 196 - 203 .

廖明生，王腾 . 时间序列InSAR技术与应用［M］. 北京：科学出版社， 2014 .

LIAO Mingsheng ， WANG Teng . Time Series InSAR Technology and Its Application ［M］. Beijing ： Science Press ， 2014 .

王超，张红，刘智 . 星载合成孔径雷达干涉测量［M］. 北京：科学出版社， 2002 .

WANG Chao ， ZHANG Hong ， LIU Zhi . Spaceborne Synthetic Aperture Radar Interferometry ［M］. Beijing ： Science Press ， 2002 .

刘国祥，陈强，罗小军，等 . 永久散射体雷达干涉理论与方法［M］. 北京：科学出版社， 2012 .

LIU Guoxiang ， CHEN Qiang ， LUO Xiaojun ， et al . Theory and Method of Radar Interferometry with Permanent Scatterers ［M］. Beijing ： Science Press ， 2012 .

林珲，陈富龙，江利明，等 . 多基线差分雷达干涉测量的大型人工线状地物形变监测［J］. 地球信息科学学报， 2010 ， 12 （ 5 ）： 718 - 725 .

LIN Hui ， CHEN Fulong ， JIANG Liming ， et al . Preliminary Research on Large-Scale Man-Made Linear Features Deformation Monitoring Using Multi-baseline Differential SAR Interferometry ［J］. Journal of Geo⁃Information Science ， 2010 ， 12 （ 5 ）： 718 - 725 .

FERRETTI A ， PRATI C ， ROCCA F . Permanent Scatterers in SAR Interferometry ［J］. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing ， 2001 ， 39 （ 1 ）： 8 - 20 .

CHEN F L ， XU H ， ZHOU W ， et al . Three-Dimensional Deformation Monitoring and Simulations for the Preventive Conservation of Architectural Heritage： A Case Study of the Angkor Wat Temple， Cambodia ［J］. GIScience & Remote Sensing ， 2021 ， 58 （ 2 ）： 217 - 234 .

TAPETE D ， FANTI R ， CECCHI R ， et al . Satellite Radar Interferometry for Monitoring and Early-Stage Warning of Structural Instability in Archaeological Sites ［J］. Journal of Geophysics and Engineering ， 2012 ， 9 （ 4 ）： S10 - S25 .

GERNHARDT S ， AUER S ， EDER K . Persistent Scatterers at Building Facades – Evaluation of Appearance and Localization Accuracy ［J］. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing ， 2015 ， 100 ： 92 - 105 .

GERNHARDT S ， BAMLER R . Deformation Monitoring of Single Buildings Using Meter-Resolution SAR Data in PSI ［J］. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing ， 2012 ， 73 ： 68 - 79 .

PEDUTO D ， NICODEMO G ， CUEVAS-GONZÁLES M ， et al . Analysis of Damage to Buildings in Urban Centers on Unstable Slopes via TerraSAR-X PSI Data： The Case Study of El Papiol Town （Spain）［J］. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters ， 2019 ， 16 （ 11 ）： 1706 - 1710 .

刘振江，韩炳权，刘海辉，等 . InSAR数据约束下的2023年赫拉特地震序列发震断层探讨及其建筑物损毁评估［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2024 ， 49 （ 5 ）： 722 - 733 .

LIU Zhenjiang ， HAN Bingquan ， LIU Haihui ， et al . Seismogenic Fault and Building Damage of the 2023 Herat Earthquake Sequence Revelated by Radar Interferometry ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2024 ， 49 （ 5 ）： 722 - 733 .

QIN X Q ， ZHANG L ， YANG M S ， et al . Mapping Surface Deformation and Thermal Dilation of Arch Bridges by Structure-Driven Multi-temporal DInSAR Analysis ［J］. Remote Sensing of Environment ， 2018 ， 216 ： 71 - 90 .

MA P F ， LI T ， FANG C Y ， et al . A Tentative Test for Measuring the Sub-Millimeter Settlement and Uplift of a High-Speed Railway Bridge Using COSMO-SkyMed Images ［J］. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing ， 2019 ， 155 ： 1 - 12 .

HUANG Q H ， CROSETTO M ， MONSERRAT O ， et al . Displacement Monitoring and Modelling of a High-Speed Railway Bridge Using C-Band Sentinel-1 Data ［J］. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing ， 2017 ， 128 ： 204 - 211 .

XING X M ， CHANG H C ， CHEN L F ， et al . Radar Interferometry Time Series to Investigate Deformation of Soft Clay Subgrade Settlement—A Case Study of Lungui Highway， China ［J］. Remote Sensing ， 2019 ， 11 （ 4 ）： 429 .

LAZECKY M ， HLAVACOVA I ， BAKON M ， et al . Bridge Displacements Monitoring Using Space-Borne X-Band SAR Interferometry ［J］. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing ， 2017 ， 10 （ 1 ）： 205 - 210 .

CHANG L ， HANSSEN R F . Detection of Cavity Migration and Sinkhole Risk Using Radar Interferometric Time Series ［J］. Remote Sensing of Environment ， 2014 ， 147 ： 56 - 64 .

刘琦，岳国森，丁孝兵，等 . 佛山地铁沿线时序InSAR形变时空特征分析［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2019 ， 44 （ 7 ）： 1099 - 1106 .

LIU Qi ， YUE Guosen ， DING Xiaobing ， et al . Temporal and Spatial Characteristics Analysis of Deformation Along Foshan Subway Using Time Series InSAR ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2019 ， 44 （ 7 ）： 1099 - 1106 .

王茹，杨天亮，杨梦诗，等 . PS-InSAR技术对上海高架路的沉降监测与归因分析［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2018 ， 43 （ 12 ）： 2050 - 2057 .

WANG Ru ， YANG Tianliang ， YANG Mengshi ， et al . Attribution Analysis on Deformation Feature of the Shanghai Elevated Highway by Persistent Scatterer SAR Interferometry ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2018 ， 43 （ 12 ）： 2050 - 2057 .

WU S B ， YANG Z F ， DING X L ， et al . Two Decades of Settlement of Hong Kong International Airport Measured with Multi-temporal InSAR ［J］. Remote Sensing of Environment ， 2020 ， 248 ： 111976 .

DAI K R ， SHI X L ， GOU J S ， et al . Diagnosing Subsidence Geohazard at Beijing Capital International Airport， from High-Resolution SAR Interferometry ［J］. Sustainability ， 2020 ， 12 （ 6 ）： 2269 .

张双成，司锦钊，徐永福，等 . 时序InSAR用于安康膨胀土机场稳定性监测［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2021 ， 46 （ 10 ）： 1519 - 1528 .

ZHANG Shuangcheng ， SI Jinzhao ， XU Yongfu ， et al . Time-Series InSAR for Stability Monitoring of Ankang Airport with Expansive Soil ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2021 ， 46 （ 10 ）： 1519 - 1528 .

杨梦诗，廖明生，常玲，等 . 城市场景时序InSAR形变解译：问题分析与研究进展［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2023 ， 48 （ 10 ）： 1643 - 1660 .

YANG Mengshi ， LIAO Mingsheng ， CHANG Ling ， et al . Interpretation of Multi-epoch InSAR Deformation for Urban Scenes： A Problem Analysis and Literature Review ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2023 ， 48 （ 10 ）： 1643 - 1660 .

廖明生，王茹，杨梦诗，等 . 城市目标动态监测中的时序InSAR分析方法及应用［J］. 雷达学报（中英文）， 2020 ， 9 （ 3 ）： 409 - 424 .

LIAO Mingsheng ， WANG Ru ， YANG Mengshi ， et al . Techniques and Applications of Spaceborne Time-Series InSAR in Urban Dynamic Monitoring ［J］. Journal of Radars ， 2020 ， 9 （ 3 ）： 409 - 424 .

朱建军，李志伟，胡俊 . InSAR 变形监测方法与研究进展［J］. 测绘学报， 2017 ， 46 （ 10 ）： 1717 - 1733 .

ZHU Jianjun ， LI Zhiwei ， HU Jun ， et al . Research Progress and Methods of InSAR for Deformation Monitoring ［J］. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica ， 2017 ， 46 （ 10 ）： 1717 - 1733 .

WAHIDA R N ， MILTON G ， HAMADAN N ， et al . Building Condition Assessment Imperative and Process ［J］. Procedia⁃Social and Behavioral Sciences ， 2012 ， 65 ： 775 - 780 .

LI Q ， WANG W ， WANG J F ， et al . Exploring the Relationship Between InSAR Coseismic Deformation and Earthquake-Damaged Buildings ［J］. Remote Sensing of Environment ， 2021 ， 262 ： 112508 .

PEDUTO D ， KORFF M ， NICODEMO G ， et al . Empirical Fragility Curves for Settlement-Affected Buildings： Analysis of Different Intensity Parameters for Seven Hundred Masonry Buildings in the Netherlands ［J］. Soils and Foundations ， 2019 ， 59 （ 2 ）： 380 - 397 .

MACCHIARULO V . Integration of Satellite Radar Interferometry and Civil Engineering Procedures to Assess Building and Infrastructure Conditions ［D］. Bath， UK ： University of Bath ， 2022 .

LIU Y Z ， CAO W X ， SHI Z Q ， et al . Evaluation of Post-Tunneling Aging Buildings Using the InSAR Nonuniform Settlement Index ［J］. Remote Sensing ， 2023 ， 15 （ 14 ）： 3467 .

CIAMPALINI A ， SOLARI L ， GIANNECCHINI R ， et al . Evaluation of Subsidence Induced by Long-Lasting Buildings Load Using InSAR Technique and Geotechnical Data： The Case Study of a Freight Terminal （Tuscany， Italy）［J］. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation ， 2019 ， 82 ： 101925 .

LAN H X ， LI L P ， LIU H J ， et al . Complex Urban Infrastructure Deformation Monitoring Using High Resolution PSI ［J］. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing ， 2012 ， 5 （ 2 ）： 643 - 651 .

BARRA A ， REYES-CARMONA C ， HERRERA G ， et al . From Satellite Interferometry Displacements to Potential Damage Maps： A Tool for Risk Reduction and Urban Planning ［J］. Remote Sensing of Environment ， 2022 ， 282 ： 113294 .

PRATESI F ， TAPETE D ， TERENZI G ， et al . Rating Health and Stability of Engineering Structures via Classification Indexes of InSAR Persistent Scatterers ［J］. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation ， 2015 ， 40 ： 81 - 90 .

COSTANTINI M ， ZHU M ， HUANG S ， et al . Automatic Detection of Building and Infrastructure Instabilities by Spatial and Temporal Analysis of InSAR Measurements ［C］// 2018 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium ， Valencia， Spain ， 2018 ： 2224 - 2227 .

HOOPER A ， SEGALL P ， ZEBKER H . Persistent Scatterer Interferometric Synthetic Aperture Radar for Crustal Deformation Analysis， with Application to Volcán Alcedo， Galápagos ［J］. Journal of Geophysical Research： Solid Earth ， 2007 ， 112 （ B7 ）： B07407 .

YANG M S ， LÓPEZ-DEKKER P ， DHEENATHAYALAN P ， et al . On the Value of Corner Reflectors and Surface Models in InSAR Precise Point Positioning ［J］. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing ， 2019 ， 158 ： 113 - 122 .

DHEENATHAYALAN P ， SMALL D ， HANSSEN R F . 3-D Positioning and Target Association for Medium-Resolution SAR Sensors ［J］. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing ， 2018 ， 56 （ 11 ）： 6841 - 6853 .

PEDUTO D ， NICODEMO G ， MACCABIANI J ， et al . Multi-Scale Analysis of Settlement-Induced Building Damage Using Damage Surveys and DInSAR Data： A Case Study in the Netherlands ［J］. Engineering Geology ， 2017 ， 218 ： 117 - 133 .

CASCINI L ， PEDUTO D ， PISCIOTTA G ， et al . The Combination of DInSAR and Facility Damage Data for the Updating of Slow-Moving Landslide Inventory Maps at Medium Scale ［J］. Natural Hazards and Earth System Sciences ， 2013 ， 13 （ 6 ）： 1527 - 1549 .

YANG M S ， LI M H ， HUANG C ， et al . Exploring the InSAR Deformation Series Using Unsupervised Learning in a Built Environment ［J］. Remote Sensing ， 2024 ， 16 （ 8 ）： 1375 .

CROSETTO M ， MONSERRAT O ， CUEVAS-GONZÁLEZ M ， et al . Measuring Thermal Expansion Using X-Band Persistent Scatterer Interferometry ［J］. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing ， 2015 ， 100 ： 84 - 91 .

LIU P ， LI Z H ， WANG C S ， et al . Phase Unmixing of TerraSAR-X Staring Spotlight Interferograms in Building Scale for PS Height and Deformation ［J］. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing ， 2021 ， 180 ： 14 - 28 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

海洋目标辐射基准传递不确定度研究进展

城市建成环境活动流时空建模分析与预测研究进展

基于武汉一号卫星影像的智能变化检测方法与应用

面向类脑空间智能的多模态大模型空间认知能力评估框架

构造大地测量学研究进展与机遇挑战