基于星载InSAR的地面沉降及山体滑坡监测

论文摘要

地表变形监测与分析是城市地面沉降、山体滑坡及地震等地质灾害安全评估与预测的关键的依据。我国是地质灾害频繁的国家,城市地面沉降、山体滑坡等地质灾害一直危害着人民的生命和财产安全和城市的发展和建设。我国西南地区是地质灾害多发区,并依据监测对象的形变信息以及形变的影响因子等信息进行安全性分析与预测可以有效的预防灾害发生,确保人民生命和财产安全对于测绘工作者有着不可推卸的责任。目前,传统地表形变监测方法（如水准测量、GNSS等）受到空间分辨率低、作业安全以及费用高等因素的牵制其无法进行大尺度与高分辨率的地表形变监测与分析。近年来,合成孔径雷达干涉测量技术凭借能够精确探测地表微弱形变的能力受到大家的青睐。相对于逐点观测的传统监测方法而言,InSAR有着非接触、全天候、全天时、大尺度以及高时空分辨率等优势,弥补传统对地监测方法的缺点,但InSAR由于空间基线失相干、大气延迟及西南山区地势起伏不平、植被覆盖密集造成InSAR监测误差,使InSAR在灾害的大面积普查与高精度监测中遇到很多问题。针对上述问题,论文主要进行如下3个方面的应用工作:（1）论文系统的阐述InSAR的基本理论,包括星载InSAR的成像原理与成像特征、InSAR的测高原理、D-InSAR的形变监测原理、星载InSAR的误差分析以及常用时序InSAR的介绍。（2）利用 32 景升轨 Sentinel-1 A TOPS SAR 影像和 32 景降轨 Sentinel-1 A TOPS SAR影像,基于短基线集技术获取2014～2017年间昆明地表沉降信息。对比升降轨形变量表明InSAR在监测昆明的地表形变一种理想的监测方法。同时结合城市建设资料、地质及水文资料以及气象资料对昆明沉降区的成因进行全面的分析。结果表明:昆明地表沉降空间特征不均匀明显,西山区和官渡区多处出现沉降,沉降最严重位于昆明新螺蛳湾国际商贸城沉降区,累计沉降量达-117.7mm。地铁施工和大型建筑物和商业区建设造成土层变形引发地面沉降;地下水开采引起地下水位降低以及第四系土体固结引发地面沉降;昆明6～11月丰富的降雨量有效的补充地下水,使地面沉降伴随降雨量呈现明显的季节非线性沉降。（3）利用 2015.11.24～2017.2.22 期间获取的 20 景升轨 Sentinel-1ATOPS SAR 影像和2015.12.8～2017.3.8期间获取的20景降轨Sentinel-1ATOPS SAR影像,分别探测金沙江中游阿海水电站库区两侧边坡的山体滑坡,由于受地形复杂影响,单一轨SAR不同完全探测出滑坡位置。通过升降轨InSAR探测结果对比发现,不同轨道探测的滑坡区域存在重合区域和非重合区域。同时与GPS探测的山体滑坡体进行对比分析发现,升降轨探测的滑坡区域可以完全覆盖GPS探测的已知滑坡体,并且,从升降轨探测的滑坡区域可以发现GPS未发现的疑似滑坡体。此外,为验证InSAR在山体滑坡中的应用,论文针对形变较为明显的新建滑坡体进行定量对比分析。首先将升降轨获取的雷达视线向的形变量转化到相应的山体坡向上,确保与GPS监测的形变量在相同方向上进行对比。验证结果表明:两组监测结果的形变趋势大致相同,具有一定的相关性,但形变值存在一定的偏差。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 国内外研究现状以及发展
•     1.2.1 星载InSAR技术的发展
•     1.2.2 星载InSAR在城市地表沉降中的发展
•     1.2.3 星载InSAR在山体滑坡中的发展
•   1.3 常用的InSAR处理软件
•   1.4 论文研究目的和内容安排
•     1.4.1 研究目的
•     1.4.2 内容安排
• 第二章 星载InSAR原理与误差分析
•   2.1 星载InSAR成像原理
•     2.1.1 真实孔径雷达成像原理
•     2.1.2 合成孔径雷达成像原理
•     2.1.3 SAR成像特征
•   2.2 星载InSAR技术
•     2.2.1 星载InSAR的测高原理
•     2.2.2 星载D-InSAR监测地表形变原理
•   2.3 星载InSAR的误差分析
•     2.3.1 时间失相干
•     2.3.2 空间失相干
•     2.3.3 配准误差
•     2.3.4 大气效应
•     2.3.5 外部DEM误差
•     2.3.6 轨道误差
•   2.4 常用时序InSAR技术
•     2.4.1 永久散射体技术（PS-InSAR）
•     2.4.2 短基线集技术（SBAS-InSAR）
•   2.5 本章小结
• 第三章 星载InSAR对地表形变的监测
•   3.1 星载InSAR在地表形变中监测的特点
•   3.2 基于多个InSAR地表形变监测结果融合方法
•     3.2.1 基于同平台升降轨InSAR的二维形变分解
•     3.2.2 基于同平台升降轨InSAR数据定向的二维形变分解
•   3.3 本章小结
• 第四章 基于星载InSAR的昆明地表形变监测与分析
•   4.1 昆明地区的实验研究
•     4.1.1 Sentinel-1数据介绍
•     4.1.2 昆明区域概况
•     4.1.3 SBAS-InSAR主要流程
•     4.1.4 数据融合简化模型
•   4.2 升降轨数据相互验证和二维形变分解
•     4.2.1 升降轨数据相互验证
•     4.2.2 升降轨InSAR形变二维形变分解
•     4.2.3 昆明城区沉降分布规律
•   4.3 昆明地表沉降成因分析
•     4.3.1 城市建设对地表形变的影响
•     4.3.2 地下水抽取对地面沉降的影响
•     4.3.3 降雨量对地表沉降的影响
•   4.4 本章小结
• 第五章 基于星载InSAR的阿海水电站滑坡监测与分析
•   5.1 实验研究与分析
•     5.1.1 研究区域概况
•     5.1.2 Sentinel-1数据来源
•     5.1.3 时序InSAR数据处理
•     5.1.4 升轨INSAR探测的阿海形变规律
•     5.1.5 降轨INSAR探测的阿海形变规律
•   5.2 InSAR与GPS结果对比分析
•     5.2.1 GPS验证InSAR的探测结果
•     5.2.2 GPS与InSAR监测结果定性分析
•   5.3 InSAR与GPS探测滑坡的差异
•   5.4 滑坡形变因素分析
•   5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
•   6.1 本文研究工作总结
•   6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
•   （A） 硕士期间发表的论文
•   （B） 硕士期间参加学术活动

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 麻源源

导师: 左小清,金宝轩

关键词: 合成孔径雷达干涉测量技术,地表沉降,滑坡,对比分析

来源: 昆明理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 自然地理学和测绘学,地质学,地质学,工业通用技术及设备

单位: 昆明理工大学

分类号: P237;P642.2

DOI: 10.27200/d.cnki.gkmlu.2019.000936

总页数: 92

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