基于Sentinel-1A影像的MT-InSAR城市地表沉降监测研究

发布时间：2020-05-21 23:50

【摘要】：城市地面沉降是世界范围内主要的工程地质问题之一,地面沉降会造成建筑物、道路和桥梁等的损坏,严重影响着人类的生活生产活动。因此,对城市地区地表进行形变识别和监测对于确定容易出现地质灾害的城市脆弱地区具有重要意义,这是城市可持续规划和减灾的关键因素。星载合成孔径雷达(InSAR)作为近年来迅速发展的一种对地观测技术已经成为城市地面沉降监测的重要手段。在InSAR技术的基础上发展而来的多时相InSAR(multi-temporal InSAR,MT-InSAR)方法使用同一研究区域内的多幅SAR影像对时间序列上后向散射强度稳定的点目标进行分析,降低了传统InSAR技术中的误差,可以得到毫米甚至厘米级的监测精度,满足城市地表大范围、长时间、高精度的连续监测的要求。同时,Sentinel-1A号卫星的发射为对地观测提供了更短的访问周期和更大的覆盖范围,再加上其数据免费,为我们研究地表形变提供了更多的机会。基于以上论述,本文的主要研究内容包括:(1)详细阐述了 InSAR技术和MT-InSAR技术的基本理论,重点阐述了MT-InSAR技术的两种具有代表性的算法:PS-InSAR和斯坦福永久散射体干涉方法(Stanford method for persistent scatterers algorithm,StaMPS)。同时对MT-InSAR技术在城市地表监测应用中的关键问题进行了总结与分析。另外还分析了 Sentinle-1A卫星TOP模式的SAR影像在干涉处理中的解斜、配准等问题。(2)以武汉市为例,利用MT-InSAR技术对武汉市2017年3月至2018年1月期间的地表进行了沉降监测,研究数据使用欧空局Sentinel-1A卫星所提供的20景升轨影像。实验结果表明,武汉市整体比较稳定,有局部地区沉降量过大,就分布而言中部大部分地区和周边山区沉降量比较稳定,主城区内出现多个沉降漏斗。武汉市年均沉降速率在20mm/year左右,最大的累计沉降量达到40mm。其中较大的沉降漏斗位于汉江区、汉阳区和洪山区。通过对实验结果进行内、外符合精度的评定,发现利用MT-InSAR技术和Sentinel-1A数据能够满足城市地面监测的精度要求,可用于城市地表沉降监测。
【图文】：

示意图,轨道,成像,示意图

逦＾２．７）逡逑由式（２．７）可以看出，干涉相位和ＡＲ线性相关［２６１。逡逑在图２．１中，卫星高度Ｈ极大于Ｂ，ＳＪＰＳ２到Ｐ点的视线向可以视为近似逡逑平行，于是上式便可以近似为：逡逑４＾ｒＡＲ邋Ａｔｔ逦４＾ｒ逡逑＝（Ｐ＼ｖ邋￣９ｉｐ邋＝逦逦逦邋￣一－￣Ｂｈ邋＝邋—－—Ｂｓｉｎ（（９－？）逦（２．８）逡逑其中，为基线Ｂ在垂直于垂直基线Ｂ±方向上的分量，称为水平基线。考逡逑虑到参考椭球面的不同，Ｐ点的相位值为：逡逑４＾ｒ逦．逡逑（ｐ＾＜邋—邋——邋Ｂｓｉｎ（＾０邋—ｃｘ．）逦（２．９）逡逑Ａ逡逑由此可以得到地面点Ｐ去除对应地球椭球面上的Ｐ＇点代表的平地相位后的逡逑相位为：逡逑４／ｒ逦Ａｔｔ逡逑＾Ｐ．ｌｌａｔｌｅｎ邋＝邋＜Ｐ？邋￣逦￣邋—邋Ｂ邋００５（６＾邋－邋ｄ）８０邋＝邋一￣—邋Ｂ0±（５０逦（２邋１邋0邋）逡逑式中，Ｂｆｌｌ＝Ｂｃｏｓ（怂－0０，是ｐ＇点对应的垂直基线，}9为主影像获取的卫Ｍｓ，逡逑７逡逑

示意图,技术原理,示意图,差分干涉测量

图２．２Ｄ－ＩｎＳＡＲ技术原理示意图逡逑Ｆｉｇ．２．２邋Ｄ－ＩｎＳＡＲ邋ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑如图２．２所示，差分干涉测量中，不仅需要考虑地表点Ｐ的形变ｄｐ，同时逡逑不能忽视由于大气对于雷达波传播的影响，即大气效应ｓＰ，综上可得：逡逑Ａｎ逦Ｂ°逡逑＾Ｔ（ＢＳｉｎ（ＷＤＰ－ＳＰ－＾＾ｈ）逦（２．１４）逡逑己知地面点Ｐ的干涉相位为：逡逑９＝（Ｐ＾邋＋邋％ｅｆ邋＋邋％ｔｍ邋＋邋＾ｔｏｐｏ邋＋邋ｉｎｃｉｓｅ逦（２．１５）逡逑４＾ｒ逡逑式中，，逦＝—＇￣Ｄｐ逦（２．１６）逡逑９逡逑
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P642.26;P237

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