發(fā)布時(shí)間：2020-03-19 03:15

【摘要】：合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量(InSAR)技術(shù)作為近年來發(fā)展起來的一種新型空間對(duì)地觀測(cè)技術(shù),因其具有大范圍、高分辨率、高精度等優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用于不同類型的地表形變監(jiān)測(cè)中,但其本身也受諸多技術(shù)局限限制,例如時(shí)間、空間基線失相干,DEM誤差和大氣延遲效應(yīng),使其在地表形變監(jiān)測(cè)中難以獲得可靠的監(jiān)測(cè)結(jié)果。為克服上述限制因素對(duì)形變監(jiān)測(cè)的影響,以長(zhǎng)時(shí)間序列SAR影像上具有穩(wěn)定后向散射特性的相干點(diǎn)目標(biāo)作為研究對(duì)象的時(shí)序InSAR技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,不僅提高了InSAR形變監(jiān)測(cè)的精度,還能夠提供長(zhǎng)時(shí)序的InSAR形變監(jiān)測(cè)結(jié)果,使得InSAR技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用得到了革命性的變革。然而,由于時(shí)序InSAR技術(shù)的應(yīng)用研究起步較晚,在高精度地表形變監(jiān)測(cè)中仍面臨諸多技術(shù)難題,如常規(guī)SBAS方法時(shí)序形變監(jiān)測(cè)時(shí)因多數(shù)據(jù)子集而導(dǎo)致的秩虧問題、低相干條件下高相干點(diǎn)目標(biāo)的有效識(shí)別、時(shí)序InSAR大范圍地表形變監(jiān)測(cè)以及監(jiān)測(cè)成果的精度評(píng)定問題等。此外,在很多區(qū)域時(shí)序InSAR監(jiān)測(cè)獲取的形變可能是同時(shí)包括構(gòu)造斷裂、巖漿活動(dòng)、地下水開采、地下采礦、滑坡、地裂縫等的多源綜合形變,并未有效分離不同尺度形變的貢獻(xiàn)。針對(duì)上述問題,本文以山西省太原盆地的地表形變作為主要研究對(duì)象,綜合運(yùn)用多時(shí)相、多軌道的SAR影像數(shù)據(jù),開展了基于時(shí)序InSAR技術(shù)的高精度、大范圍地表形變監(jiān)測(cè)研究,并進(jìn)一步結(jié)合地球物理模型對(duì)地面沉降與構(gòu)造斷裂等不同尺度的地表形變進(jìn)行分離,擴(kuò)展了時(shí)序InSAR技術(shù)的應(yīng)用廣度與深度。本文主要的研究?jī)?nèi)容包括:(1)系統(tǒng)分析了常規(guī)D-InSAR技術(shù)以及多類時(shí)序InSAR技術(shù),總結(jié)了各類時(shí)序InSAR技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn),提出在實(shí)際的地表形變監(jiān)測(cè)應(yīng)用研究中需要綜合考慮研究對(duì)象的特征、研究區(qū)的地質(zhì)地貌、SAR影像數(shù)據(jù)的質(zhì)量和數(shù)量,選取合適的、有效的InSAR時(shí)序分析方法,為后續(xù)相關(guān)研究的方法選取提供了參考。(2)從常規(guī)短基線集(SBAS)時(shí)間序列的形變模型出發(fā),系統(tǒng)分析并推導(dǎo)了當(dāng)短基線干涉組合中包含多個(gè)獨(dú)立數(shù)據(jù)子集時(shí),常規(guī)SBAS利用奇異值分解進(jìn)行時(shí)間序列求解時(shí)附加的形變基準(zhǔn)。在此基礎(chǔ)上,提出了一種基于模型約束的SBAS時(shí)間序列地表形變解算方法,即以探測(cè)出的形變周期作為約束條件進(jìn)行時(shí)序解算,有效地克服了常規(guī)SBAS中由于多數(shù)據(jù)子集導(dǎo)致的基準(zhǔn)缺失。研究表明,基于模型約束的SBAS方法能夠獲取更加真實(shí)的地表形變時(shí)間序列。(3)綜合PS-InSAR與SBAS技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),重點(diǎn)研究了短基線干涉組合的SAR干涉點(diǎn)目標(biāo)時(shí)序InSAR技術(shù),提出了基于幅度離散指數(shù)法、相干系數(shù)閾值法以及基于像元子視相干系數(shù)閾值的點(diǎn)目標(biāo)檢測(cè)的多重閾值高相干點(diǎn)目標(biāo)識(shí)別方法,有效地解決了常規(guī)PS-InSAR技術(shù)對(duì)SAR影像數(shù)據(jù)量的依賴;提出了適合短基線干涉組合模式的非線性形變估計(jì)方法,有效地反演了非線性形變分量。并在此基礎(chǔ)上,針對(duì)長(zhǎng)條帶SAR數(shù)據(jù)的計(jì)算效率、誤差傳遞等因素對(duì)形變監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響,提出了分塊的時(shí)序InSAR處理方案,研究并解決了不同數(shù)據(jù)子塊的基準(zhǔn)統(tǒng)一問題;針對(duì)相鄰軌道InSAR監(jiān)測(cè)成果的有效拼接問題,研究并解決了不同軌道坐標(biāo)系與參考基準(zhǔn)統(tǒng)一的問題,并建立了利用相鄰軌道重疊區(qū)冗余的形變觀測(cè)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)獨(dú)立觀測(cè)精度的方法。太原盆地地區(qū)的三個(gè)相鄰軌道SAR影像數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相鄰軌道重疊區(qū)域的監(jiān)測(cè)精度優(yōu)于5.0mm/a。(4)采用短基線干涉組合的SAR干涉點(diǎn)目標(biāo)時(shí)序InSAR技術(shù)對(duì)太原地區(qū)的地表形變進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間序列、高精度的形變監(jiān)測(cè),并結(jié)合地下水位的相關(guān)資料,進(jìn)行了地下水位變化與地面沉降間的相關(guān)性分析,同時(shí)利用InSAR地面沉降結(jié)果計(jì)算了太原地區(qū)地下含水層研究中的重要水文地質(zhì)特征參數(shù)——骨架釋水系數(shù),并繪制了太原地區(qū)的骨架釋水系數(shù)的空間分布圖,最后分析了該區(qū)地面沉降的成因機(jī)理,證實(shí)了地下水開采是引起太原地區(qū)地面沉降的主要誘發(fā)因素,同時(shí)地面沉降的空間分布與第四系地層分布尤其是粘性土層的分布密切相關(guān)。(5)針對(duì)雷達(dá)視線向一維形變難以揭示地表真實(shí)形變特征,研究了融合多軌道SAR數(shù)據(jù)的二維形變時(shí)序估計(jì)方法,利用清徐-交城地區(qū)的ALOS PALSAR與Envisat ASAR數(shù)據(jù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),獲取了該區(qū)的二維形變時(shí)間序列;在Okada均勻彈性半空間矩形位錯(cuò)模型的基礎(chǔ)上,根據(jù)研究區(qū)地表形變的特點(diǎn)與實(shí)際情況構(gòu)建了適合地下水開采引起的地面沉降機(jī)理的簡(jiǎn)化矩形位錯(cuò)模型,成功地分離了地面沉降形變與構(gòu)造斷裂形變,研究結(jié)果表明交城斷裂的活動(dòng)速率約為5mm/a,與已有監(jiān)測(cè)資料具有較高的一致性。(6)針對(duì)高速鐵路沿線高相干點(diǎn)目標(biāo)空間分布不均勻,已有的大范圍地表形變監(jiān)測(cè)方法難以獲得預(yù)期監(jiān)測(cè)結(jié)果的問題,給出了一種顧及相鄰高相干點(diǎn)目標(biāo)空間相關(guān)性的形變解算方法;模擬數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)均表明附加距離限制的Delaunay三角網(wǎng)構(gòu)建的PS基線網(wǎng)絡(luò)模型明顯優(yōu)于常規(guī)GAMMA IPTA構(gòu)建的基線網(wǎng)絡(luò)模型,更適合高速鐵路等線性工程形變監(jiān)測(cè)。
【圖文】：

相位解纏誤差等誤差因素的干擾以及實(shí)現(xiàn)相鄰軌道 SAR 數(shù)據(jù)的有效拼接是實(shí)現(xiàn)大范圍地表形變時(shí)序 InSAR 監(jiān)測(cè)一個(gè)急待解決的問題；InSAR 技術(shù)僅能獲取地表形變?cè)诶走_(dá)視線向的一維投影，對(duì)于無法忽略水平方向形變影響的地表形變而言，無法反映出真實(shí)的地表形變情況，如何準(zhǔn)確恢復(fù)地表的多維形變信息仍然是當(dāng)前限制時(shí)序 InSAR 技術(shù)發(fā)展應(yīng)用的主要問題之一。針對(duì)此，本論文將以“不同尺度綜合地表形變 InSAR 時(shí)序監(jiān)測(cè)與機(jī)理分析”作為總體研究方向，選取我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害比較嚴(yán)重的山西省太原盆地的地表形變作為研究對(duì)象，綜合運(yùn)用多時(shí)相、多軌道的 SAR 影像數(shù)據(jù)，開展基于時(shí)序 InSAR 技術(shù)的高精度、大范圍地表形變監(jiān)測(cè)研究，最終揭示出典型地質(zhì)災(zāi)害區(qū)地表形變的時(shí)空演化特征，擴(kuò)展時(shí)序InSAR 技術(shù)在地表形變監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用深度；在此基礎(chǔ)上，將高精度的時(shí)序 InSAR 形變監(jiān)測(cè)結(jié)果與地球物理模型相結(jié)合對(duì)不同尺度的地表形變進(jìn)行分解，分析不同尺度形變對(duì)區(qū)域地表形變的貢獻(xiàn)，為地質(zhì)災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)提供獨(dú)特的信息支持，，推動(dòng)新興大地測(cè)量技術(shù)在地球動(dòng)力學(xué)研究中的發(fā)展。論文的總體技術(shù)淪陷如圖 1.1 所示。

圖 2.1 InSAR 系統(tǒng)的觀測(cè)幾何示意圖1 所示的幾何關(guān)系，點(diǎn) P 的高程h表示如下：cos 1h H R中，由余弦定理可得：)2sin(22cos(1221122122 R R B RB R B RB1 R，則有：2(())2()sin()221122121BRRBRRBRRRB sin取的雷達(dá)信號(hào)實(shí)際記錄的是雙程信號(hào)以及多普勒方向的定數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU433

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李輝;張崢;;差分干涉測(cè)量技術(shù)監(jiān)測(cè)山區(qū)地表形變[J];城市地理;2017年10期

2 田超;;PS-DInSAR技術(shù)在深圳地表形變監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究[J];工程建設(shè)與設(shè)計(jì);2018年08期

3 丁曉利,陳永奇,李志林,劉國(guó)祥,章國(guó)寶;合成孔徑雷達(dá)干涉技術(shù)及其在地表形變監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J];紫金山天文臺(tái)臺(tái)刊;2000年02期

4 尹繼鑫;何永晴;陳興芳;王偉;莫玉娟;吳洋;;基于小基線集技術(shù)的城市精細(xì)化地表形變監(jiān)測(cè)[J];測(cè)繪工程;2018年10期

5 何琪;楊紅磊;方媛;汪寶存;劉思遠(yuǎn);韓磊;;鄭州市地表形變與地下水位相關(guān)性分析[J];地球物理學(xué)進(jìn)展;2017年06期

6 詹景祥;馬s

本文編號(hào)：2589620