联合干涉测量和像素偏移量估计提取大形变梯度地表位移

发布时间：2017-08-06 19:30

  本文关键词：联合干涉测量和像素偏移量估计提取大形变梯度地表位移

  更多相关文章： 合成孔径雷达干涉测量 像素偏移估计 同震形变 三维形变 滑坡监测

【摘要】：地质灾害严重威胁着人民的生命财产安全,已成为影响区域经济和社会可持续发展的重要因素。特别是板块运动导致的地震以及地质构造、地形与气候因素的交互影响引发的山体滑坡等剧烈地表变化造成的人员伤亡和经济损失最为显著。因此,对此类重大地质灾害造成的大梯度地表形变进行及时、全面的监测与分析已经变得刻不容缓。积极发展新型对地观测技术,完善相关监测方法体系,提高我国地质灾害预警以及灾后治理能力,对维护社会经济发展和保障人类生产活动得以顺利进行具有十分重要的现实意义。合成孔径雷达差分干涉测量(Differential Interferomertric Synthetic Aperture Radar, DInSAR)是上世纪末开始发展起来的新型对地观测技术,以其拥有精度高、监测范围广、快速高效、不受时间天气限制等诸多优势而被广泛应用于火山、地震、滑坡、冰川以及城市地表沉降等多个领域。但是,DInSAR仍然存在易受时间、空间失相干而无法探测到有效数据等缺陷；且受到雷达成像几何的限制,DInSAR监测结果仅能反映地物目标沿雷达视线方向(Line of sight, LOS)的相对形变量,仅依靠单平台SAR数据无法恢复地表真实三维位移。像素偏移量估计(Offset-tracking)技术基于SAR影像强度信息通过多级配准实现亚像元级精度的方位向和距离向二维地表形变偏移量信息获取,可以克服DInSAR的一维局限性。且该技术对SAR影像相干性不敏感,一定程度上可以抵御失相干造成的信息无法获取等问题。但是相对于DInSAR技术而言,Offset-tracking还不成熟且其精度依赖于SAR影像分辨率。因此同时联合DInSAR和Offset-tracking两种技术监测地表形变,可互补两种技术不足,实现在不引入外部数据的前提下,仅利用SAR影像对地表真实三维形变的恢复。本文的研究将基于SAR影像自身相位和强度信息,联合现代空间对地观测技术——合成孔径雷达差分干涉测量与像素偏移估计,针对雅安山区滑坡多发区域与2015年4月尼泊尔Mw7.8级强地震两个具有代表性的大形变梯度地质灾害开展研究。主要工作涉及以下三个方面：1.基于11景升轨RadarSAT-2数据源利用Offset-tracking技术,探测雅安地区地表形变的方位向和距离向形变时间序列,并针对监测滑坡点详细分析验证。研究中完善了时序Offset-tracking技术形变场提取流程。2.针对DInSAR和Offset-tracking各有的局限性,建立了融合LOS向干涉观测量和方位向像素偏移观测量的最小二乘解算模型,实现两种技术的优势互补。并依据真实地震形变场以及卫星参数信息,模拟数据进行仿真实验,证明了多观测量三维模型的可靠性和有用性。3.选取尼泊尔地震研究区采用Sentinel-IA升／降轨数据,分别利用DInSAR技术和Offset-tracking技术获取区域内LOS向和方位向同震形变场。联合多角度观测量恢复升／降轨公共区域内真实三维同震形变场。并证明了仅依据SAR影像自身,在不引入外部数据的前提下可以解算出绝对三维形变场。
【关键词】：合成孔径雷达干涉测量 像素偏移估计 同震形变 三维形变 滑坡监测
【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】：P227;P237
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 论文研究背景与意义12-14
• 1.2 国内外研究现状概况14-17
• 1.3 目前存在的问题17
• 1.4 论文研究目标与内容17-18
• 1.5 论文组织结构安排18-20
• 第2章 DInSAR原理基础及方法20-34
• 2.1 卫星观测几何20-23
• 2.2 干涉相位组成23-26
• 2.2.1 参考椭球面组成23-24
• 2.2.2 地形相位24
• 2.2.3 形变相位24-25
• 2.2.4 大气延迟及噪声25-26
• 2.3 DInSAR地表形变测量方法26-27
• 2.4 DInSAR地表形变测量流程27-31
• 2.5 常规DInSAR技术的局限性31-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第3章 InSAR探测地表三维形变方法与模型34-46
• 3.1 LOS向的局限性34-35
• 3.2 地表三维形变提取方法35-40
• 3.2.1 基于SAR影像解析地表三维形变可行性分析35-36
• 3.2.2 InSAR技术解析地表三维形变36-38
• 3.2.3 地表三维形变提取方法38-40
• 3.3 三维形变场仿真实验40-45
• 3.3.1 地表三维形变场及参数模拟40-42
• 3.3.2 地表三维模型精度分析42-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 基于Offset-tracking监测滑坡位移过程46-61
• 4.1 基于SAR影像的Offset-tracking形变探测46-50
• 4.1.1 Offset-tracking基本原理47-49
• 4.1.2 Offset-tracking提取二维形变技术流程49-50
• 4.2 实验区域概况与数据源50-55
• 4.2.1 Offset-tracking方法研究区概况50-51
• 4.2.2 数据源介绍51-52
• 4.2.3 Offset-tracking方法时序滑坡形变提取52-55
• 4.3 结果分析55-60
• 4.3.1 滑坡多发性特征分析55-58
• 4.3.2 滑坡频发性规律分析58-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第5章 联合Offset-tracking与DInSAR提取三维同震地表形变场61-72
• 5.1 尼泊尔地震概况与数据源61-64
• 5.1.1 尼泊尔地震概况61-62
• 5.1.2 Sentinel-1A数据源简介62-64
• 5.2 同震形变场提取64-67
• 5.2.1 DInSAR技术提取尼泊尔同震形变场64-65
• 5.2.2 Offset-tracking技术提取尼泊尔二维同震形变场65-67
• 5.3 三维同震形变场信息获取67-71
• 5.3.1 结果获取与分析67-69
• 5.3.2 精度分析69-70
• 5.3.3 误差分析70-71
• 5.4 本章小结71-72
• 结论与展望72-74
• 致谢74-76
• 参考文献76-82
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文82

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本文编号：631191