时序InSAR技术的地面沉降监测应用研究

发布时间：2020-05-20 00:48

【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。
【图文】：

26图 3.1 吕梁山区 2017.10-2018-03 地面年平均沉降速率及分布根据吕梁山区大范围形变探测结果可以发现，相比野外实地调查 Stacking 技术可以快速高效地识别标定出地面沉降灾害区域，不仅能够确定其具体灾害位置，还可以发现地面沉降的空间分布特征，，为地面沉降灾害高精度监测与后续的灾害治理奠定了基础。同时研究结果进一步证实了 InSAR 技术在地面沉降等环境监测中的重要性，而且必将成为国家矿产资源管理的重要工具与执法的重要依据。

图 3.2 离柳矿区沉降地面年平均沉降速率图 图 3.3 汾西矿区地面年平均沉降速率图3.4 小结本章简单介绍了吕梁山区的地质概况和 Stacking 技术的基本原理，利用2017.10-2018.03 间的 Sentinel-1A 数据获取了吕梁山区大范围地面沉降区域及其分布情况，并分析了研究区地面沉降发展与矿产开采的关系。说明 Stacking 技术可以有效应用于吕梁山区地面沉降灾害监测中，为地质灾害监测防治提供技术支持与保障。
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P237;P642.26

【参考文献】

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本文编号：2671745