基于PS-InSAR技术的高速铁路沉降监测研究

发布时间：2017-10-29 16:13

  本文关键词：基于PS-InSAR技术的高速铁路沉降监测研究

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【摘要】：我国的高速铁路具有运行速度快、安全性好、能耗较低等优点,但是由于列车的快速运行,会对桥梁以及路基产生影响。由于受到人为因素和自然因素的影响,高速铁路沿线及其周边会有缓慢的地表沉降,同时高速运行的列车会对路基和桥梁等产生压力,久而久之,路基以及桥梁会产生变形。作为高速铁路的建设大国,我国的高铁遍及祖国的各个地方和方向,因此如何有效的监测高速铁路路基以及桥梁的沉降成为了一个新的热题。同时,由于高铁会经过不同的地质环境,因此急需一种监测效率高、监测范围广以及监测精度高的新方法。合成孔径雷达差分干涉测量技术(DInSAR)作为合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)的一个扩展与延伸,可全天候、大面积、快速地监测地表形变信息,已经日渐成为研究地表形变监测的重要技术。在高速铁路沉降监测中,传统的大地测量方法(水准测量、GPS测量)作为接触式测量监测周期相对较长、野外工作量大且易受自然环境的影响,合成孔径雷达差分干涉测量技术能有效的弥补这些不足。然而,由于传统合成孔径雷达差分干涉测量技术易受时间失相关、空间失相关以及大气效应的影响,所以在监测地表时序微小形变时,传统的DInSAR技术的应用受到了限制。而在传统DInSAR技术基础上发展起来的基于永久散射体(persistent scatterer,PS)时序差分干涉测量技术(PS-InSAR)因能有效的克服时间、空间失相关和大气延迟的影响,其监测精度更高、监测结果更加可靠。PS-InSAR技术是在传统DInSAR技术基础上发展起来的一种雷达数据处理改进技术,该技术可以接受精度不高的DEM数据作为参考DEM,适合监测缓慢的地表形变。本文所使用的数据为德国TerraSAR-X卫星所拍摄的30景X波段的高分辨率SAR影像数据以及90米分辨率的SRTM DEM数据,SAR影像数据获取的时间为2009年3月27日至2010年12月14日。通过对SAR影像数据进行数据预处理、主影像选取、PS点选取、差分干涉以及差分干涉相位函数模型的建立与解算后得到天津市静海区的地面沉降速率图和沉降时序图,最后选择京沪高铁静海段上典型PS点进行PS点沉降时序分析。通过此实验验证了PS-InSAR技术在高速铁路沉降监测中的可行性和可靠性。
【关键词】：DInSAR PS-InSAR 高速铁路 沉降
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U213.157;P642.26
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 引言10
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势10-13
• 1.3 研究内容及论文结构13-14
• 第2章 INSAR技术及其应用14-31
• 2.1 SAR图像的成像特点14-16
• 2.2 SAR图像特征16-18
• 2.2.1 SAR图像的几何特性16-17
• 2.2.2 SAR图像噪声特征17
• 2.2.3 SAR图像目标特征17
• 2.2.4 SAR图像极化特征17-18
• 2.3 INSAR技术基本原理18-20
• 2.4 干涉相位成份分析20-24
• 2.5 合成孔径雷达差分干涉测量24-27
• 2.5.1 二轨法差分干涉测量24-25
• 2.5.2 三轨法差分干涉测量25-26
• 2.5.3 四轨法差分干涉测量26-27
• 2.6 合成孔径雷达差分干涉测量案例分析27-31
• 2.6.1 DIn SAR技术的局限性27-30
• 2.6.2 DIn SAR技术案例-巴姆地震30-31
• 第3章 基于永久散射体干涉测量技术31-44
• 3.1 PS-INSAR基本原理和方法31-43
• 3.1.1 永久散射体及其识别31-35
• 3.1.2 SAR干涉对组合模式35-37
• 3.1.3 PSInSAR信号分解基本理论与方法37-43
• 3.2 PS-INSAR数据处理流程43-44
• 第4章 基于永久散射体干涉测量技术应用于高速铁路沉降监测实例分析44-65
• 4.1 研究区域背景介绍44-45
• 4.1.1 自然地理概况44
• 4.1.2 地质概况44-45
• 4.2 实验数据45-46
• 4.2.1 SAR数据45-46
• 4.2.2 DEM数据46
• 4.3 PS-INSAR技术数据处理过程46-64
• 4.3.1 数据转换与裁剪46-47
• 4.3.2 图像配准47
• 4.3.3 公共主影像的选取47-49
• 4.3.4 选择PS点49-50
• 4.3.5 差分干涉图的生成50-53
• 4.3.6 差分干涉相位函数模型建立及解算53-59
• 4.3.7 PSInSAR沉降结果分析59-60
• 4.3.8 高铁上PS点时序分析60-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第5章 总结与展望65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-71

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本文编号：1113712