基于非局部化滤波的MT-InSAR地表形变监测

发布时间：2017-08-29 03:12

  本文关键词：基于非局部化滤波的MT-InSAR地表形变监测

  更多相关文章： 非局部化滤波 相干散射体 多时相雷达干涉 地面沉降

【摘要】：地面沉降具有反应滞后和进程缓慢的特点,但该缓慢性地质灾害会给城市建筑物、地下管道造成破坏,严重威胁着人们的生活和生产安全。在我国,地面沉降较为严重的地区包括华北平原、长江三角洲和汾渭盆地。其中,华北平原地区的地面沉降最为严重。随着经济的发展、人口的增加,地下水的过度开采导致了该区域形成了多个地下水漏斗,影响了城市的可持续发展。差分合成孔径雷达干涉测量(Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar, DInSAR)以其监测范围广、分辨率高、全天候、几乎不受云雨限制等诸多优势,已成为区域地表形变监测的一种有效方法。近年来,随着TerraSAR-X. COSMO-SkyMed等高分辨率SAR卫星影像投入使用,多时相雷达干涉测量(Multi-Temporal InSAR, MT-InSAR)得到了长足的发展,并成为形变监测的重要技术手段之一。该方法通过探测相干点目标(Coherent Target, CT)能对城市区域进行更加精细的缓慢地面沉降监测。但由于时空失相干等因素导致在非城市区域所能探测的相干点目标相对较少,进而造成无法提供全面的区域形变信息。为获取研究区域高精度和空间覆盖的地表形变信息,本论文以天津地区为实验区,在已有MT-InSAR技术基础上,引入非局部化滤波方法,提高干涉图的质量以增加在非城市区域可识别相干点目标的数量和密度。本论文具体工作如下：(1)针对传统滤波方法在处理高分辨率SAR影像时会损失边缘信息的问题,本论文采用同时考虑影像振幅和相位信息的非局部化滤波方法来提高干涉对的质量。它将局部滤波扩展到全域,充分利用了影像中的冗余信息能更好的保留边缘细节,有效恢复低相干地区的干涉条纹。(2)利用模拟数据和真实数据探讨了非局部化滤波对于高分辨率SAR影像的适应性。分别使用多视、自适应滤波和非局部干涉滤波方法对仿真数据和TanDEM-X真实数据进行实验。不同滤波方法对比分析结果表明,非局部干涉滤波结果在抑制噪声的同时能更好的保留影像的细节信息。(3)由于非城市区域失相干较为严重,往往无法探测到该区域的形变信息。本论文在MT-InSAR基础上引入非局部化波方法提高干涉对的质量,以此提高相干散射体在非城市区域的空间采样密度和形变解算精度。(4)以天津地区39景TerraSAR-X影像为数据源,分别采用MT-InSAR和基于非局部化滤波的MT-InSAR (NLMT-InSAR)解算时序形变。两种方法解算结果显示,NLMT-InSAR探测到的CT点相较于MT-InSAR提高了41%,在非城市区域相干散射体拥有更高的空间采样率和更完整的形变场；分别与水准数据进行对比,MT-InSAR与NLMT-InSAR监测结果的均方根误差分别为4.75 mm和3.16 mm,这表明NLMT-InSAR方法具有更高的解算精度。通过理论分析及实验研究表明,在相干性较差的非城市区域,基于非局部化滤波的MT-InSAR方法能够提高该区域的形变探测精度和空间覆盖度。
【关键词】：非局部化滤波 相干散射体 多时相雷达干涉 地面沉降
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P642.26;P237
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第1章 绪论12-19
• 1.1 研究背景与研究意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.3 目前存在问题16-17
• 1.4 论文研究目标与主要内容17-18
• 1.5 论文组织结构18-19
• 第2章 基于SAR影像的地表形变探测原理19-30
• 2.1 干涉几何和相位分量19-22
• 2.1.1 SAR干涉几何19-21
• 2.1.2 干涉相位分量21-22
• 2.2 DInSAR地表形变探测22-26
• 2.2.1 DInSAR基本原理22-23
• 2.2.2 DInSAR解算流程23-25
• 2.2.3 DInSAR形变探测误差源分析25-26
• 2.3 相干点目标地表形变探测26-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 非局部化滤波基本原理和算法30-38
• 3.1 传统干涉相位滤波算法30-32
• 3.1.1 空间域滤波30-31
• 3.1.2 频率域滤波31-32
• 3.2 非局部化滤波算法32-36
• 3.2.1 非局部均值滤波32
• 3.2.2 非局部干涉滤波32-36
• 3.3 滤波精度评价指标36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 NL-InSAR滤波干涉图质量增强实验38-50
• 4.1 仿真数据实验及结果分析38-42
• 4.1.1 仿真数据与滤波处理38-41
• 4.1.2 NL-InSAR滤波精度评价41-42
• 4.2 基于非局部化滤波地形三维信息提取42-48
• 4.2.1 NL-InSAR地形提取流程42-43
• 4.2.2 实验数据及研究区域43-45
• 4.2.3 实验结果与精度分析45-48
• 4.3 本章小结48-50
• 第5章 NLMT-InSAR天津地面沉降监测应用实例50-65
• 5.1 研究区域与实验数据50-52
• 5.2 NLMT-InSAR实验数据处理52-57
• 5.2.1 NL-InSAR干涉图生成53-55
• 5.2.2 时序形变解算55-57
• 5.3 实验结果与分析57-64
• 5.3.1 形变结果与对比分析57-61
• 5.3.2 精度分析与验证61-62
• 5.3.3 沉降分析62-64
• 5.4 本章小结64-65
• 总结与展望65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-74
• 攻读硕士学位期间发表的论文74

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本文编号：751000