时序InSAR技术的地面沉降监测应用研究

论文摘要

差分合成孔径雷达干涉测量（D-InSAR,Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar）技术以其高达厘米乃至毫米级的监测精度,从众多对地观测手段中脱颖而出。但是常规的D-InSAR技术基于不同时间覆盖同一测区的两幅雷达影像进行缓慢形变监测时,由于两次数据获取时间不同且平台在空间上无法完全重合以及目标的散射特性不同等因素导致失相干,造成后续的相位解缠及实际应用十分困难,因此其在监测长时间范围内地表缓慢形变中受到了限制。在地表形变反演时为了极大限度克服失相干和大气延迟相位对监测精度的影响,时间序列的InSAR技术应运而生。其以长时间序列散射特性稳定的点为研究对象,通过提取并利用这些点目标的相位信息反演得到地面沉降情况。时序InSAR方法监测地质灾害已取得了丰富的研究成果,在太原、北京、大同、及黄河三角洲等地区得到与实测沉降趋势相符的高精度形变结果,进一步证实了其在地面沉降监测应用方面的的潜力。地面沉降是目前我国所面临的严重地质灾害之一,沉降监测是有效监管地面沉降不不可或缺的环节。如何及时详细地了解地面沉降时空演化特征,研究分析地面沉降机理是首要的任务。本文在介绍时间序列技术的原理及具体流程的基础上,进一步探讨时序InSAR中的关键技术,并基于此技术获取了高精度的地面沉降信息。本文主要的研究内容和取得的成果可概括如下:（1）InSAR基本原理简介简要介绍了 InSAR和D-InSAR技术的基本原理和技术流程,在此基础上分析了影响监测精度的误差来源。针对传统D-InSAR技术的限制因素,着重阐述了目前几种应用较为广泛的时间序列InSAR技术。（2）吕梁山区大范围形变探测识别利用覆盖吕梁山区的4个轨道57景哨兵数据,采用干涉图堆叠技术（Stacking）进行大范围地面沉降灾害早期识别,成功探测出多处地面沉降区域,并结合研究区内采矿分布图,定性分析了吕梁山区地面沉降时空演化情况。（3）小基线集技术在交城-清徐地区地面沉降监测的应用针对山西省交城-清徐地区开展了 InSAR时间序列地面形变监测,基于小基线集技术和ALOSPALSAR数据获取了其形变时间序列结果,分析了2007-2010年间地面沉降发育的时间和空间特征,进一步对地面沉降机理进行分析。并通过对比同期GPS结果与监测结果,发现二者具有较高的一致性,证明了监测结果的有效性和可靠性。（4）短基线干涉点目标分析法在地面沉降的研究应用结合小基线集技术和永久散射体技术的优点,重点研究了干涉点目标分析技术的关键技术与流程,并借鉴小基线集技术的思想,实现二者的融合,即短时空基线干涉点目标分析技术,使用2017.11-2018.10间交城-清徐一带的哨兵数据提取年平均形变速率及形变时间序列。将获取结果与历史形变信息对比,分析两阶段地面沉降发展的历史和现状,为沉降成因与趋势分析提供基础信息。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 InSAR地面沉降监测技术的发展
•     1.2.1 InSAR技术的历史发展
•     1.2.2 D-InSAR技术的应用
•     1.2.3 时间序列InSAR的提出
•   1.3 国内外研究现状分析
•     1.3.1 单一主影像时序InSAR技术
•     1.3.2 多主影像时序InSAR技术
•   1.4 研究意义
•   1.5 本文主要研究内容与思路
• 2 差分InSAR技术监测地面沉降原理
•   2.1 引言
•   2.2 差分InSAR技术基本原理
•     2.2.1 InSAR高程测量原理
•     2.2.2 D-InSAR形变监测原理
•     2.2.3 InSAR提取形变信息流程
•   2.3 InSAR的误差来源分析
•     2.3.1 失相干
•     2.3.2 轨道误差
•     2.3.3 大气误差
•     2.3.4 外部DEM误差
•   2.4 PS-InSAR方法
•   2.5 SBAS-InSAR技术
•   2.6 小结
• 3 吕梁山区大区域地面沉降探测
•   3.1 引言
•   3.2 吕梁山区概况
•     3.2.1 自然地理概况
•     3.2.2 水文气候概况
•     3.2.3 地质条件概况
•   3.3 Stacking技术用于吕梁山区形变探测研究
•     3.3.1 Stacking技术原理
•     3.3.2 数据源及数据处理
•     3.3.3 多轨道Stacking探测结果的拼接与分析
•   3.4 小结
• 4 SBAS-InSAR技术的地面沉降监测研究
•   4.1 引言
•   4.2 研究区概况
•     4.2.1 地形地貌
•     4.2.2 地质构造
•   4.3 实验数据
•     4.3.1 SAR数据
•     4.3.2 SRTM DEM数据
•   4.4 数据处理与结果分析
•     4.4.1 监测数据处理
•     4.4.2 监测结果分析
•     4.4.3 地面沉降机理分析
•     4.4.4 精度评定
•   4.5 小结
• 5 干涉点目标分析技术在地面沉降监测中的应用
•   5.1 引言
•   5.2 干涉点目标分析技术原理
•   5.3 IPTA技术的关键步骤
•     5.3.1 高相干点提取
•     5.3.2 高程改正与线性形变速率的求解
•     5.3.3 基线精化
•     5.3.4 非线性形变及大气相位的分离
•   5.4 交城-清徐地区2017-2018 地面沉降
•     5.4.1 实验数据与前期处理
•     5.4.2 干涉点目标分析
•     5.4.3 实验结果及分析
•   5.5 小结
• 6 结论与展望
•   6.1 研究成果与结论
•   6.2 不足与展望
• 致谢
• 参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李伟轩

导师: 师芸

关键词: 地面沉降,合成孔径雷达,时序,开采沉陷,形变监测

来源: 西安科技大学

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: 西安科技大学

分类号: P237;P642.26

总页数: 65

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