基于偏移追踪法的D-InSAR矿区形变监测技术

发布时间：2017-10-09 18:38

  本文关键词：基于偏移追踪法的D-InSAR矿区形变监测技术

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【摘要】：利用水准测量、GPS技术等传统手段监测矿区沉陷,能够得到实时、高精度的监测结果,但也有工作量大、监测范围有限、无法获得大面积监测结果等缺点。与之相比,快速发展的D-In SAR技术,利用SAR影像的全天时、全天候、覆盖范围广、穿透能力强等特点,可以快速获得大面积的沉陷盆地范围和形变场,精度可达到毫米级,在矿区沉陷监测中得到了很好的应用。然而,矿区地质条件复杂、沉降量级大、变化速度快等特点,限制了D-In SAR技术在矿区沉陷监测方面的应用。针对D-In SAR技术无法监测大量级形变的问题,国内外专家学者做了大量的研究和探索,偏移追踪技术的提出与发展,补充和扩展了D-In SAR技术的应用范围。目前,偏移追踪技术主要用在地震、冰川、滑坡等方面的研究,已取得了一系列成果。但是在矿区沉陷监测中的应用研究还不够成熟,需要进一步的深入研究。D-In SAR技术利用了SAR影像的相位信息,主要受到影像失相干和大量级形变的影响。本文从SAR影像的幅度信息出发,采用偏移追踪技术获取偏移量,进而解算矿区沉降。该方法对大量级形变更敏感,同时不需要解缠、不受相干性优劣的影响,具有很高的研究价值。对此,本文的研究内容和已取得的成果如下:(1)通过实验分析了植被因素对影像相干性的影响,探究了监测量级对地表沉陷信息解译结果的影响,结果表明:地表植被覆盖率是影响影像间相干性的决定性因素,在地表植被稀疏的冬季相比植被茂盛的夏季更适合使用D-In SAR技术进行地表形变监测,从而很难获取矿区长时间缓慢累积的地表形变;针对矿区地面开采沉陷规律,确定了D-In SAR技术最大可监测形变量和实际开采条件的适用范围。(2)通过算法和GAMMA软件实现了偏移追踪方法,主要采用基于窗口搜索的配准方法,使配准精度达到亚像元级别,获得亚像元的偏移量。实现过程涉及一系列命令参数的选取,通过实例反复实验得到最优化的参数方案。建立了双线性函数模型和无地表形变区偏移量统计方法去除系统偏移量,结合实际影像数据,获取矿区的沉陷情况,并与D-In SAR沉降结果进行定性、定量比较,发现双线性函数模型拟合值去除效果更好,沉陷变化更贴近实际情况。(3)在偏移量转换地面三维形变时,在忽略水平移动的影响下,采用假设法直接求取垂直形变量;当考虑水平移动影响时,本文以寻找水平形变与垂直方向形变的矢量关系为突破口,建立了概率积分法模型,推导水平移动与垂直沉降的矢量关系,受水平移动系数和方向的影响,下沉变化幅度很大。以D-In SAR监测结果为参照,结果表明概率积分法和假设法监测到的下沉中心位置与D-In SAR结果大致吻合,假设法盆地形态更接近D-In SAR盆地整体情况,两种方法能够成功提取大量级沉降值,量级达到米级,但弥补D-In SAR中心缺失值时断层严重、落差很大。(4)以Radarsat-2影像为数据源、峰峰九龙矿区为研究区域,利用偏移算法和GAMMA同时解算该矿区的地面形变情况,并与观测站水准测量结果进行对比分析,发现偏移算法的下沉曲线更接近于观测站下沉曲线趋势,不过数值相差很大,GAMMA下沉曲线与观测站下沉曲线相差很大,不过部分值与实测值相差100mm以内。
【关键词】：D-InSAR 监测量级 GAMMA 偏移追踪 概率积分法
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD326
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-17
• 变量注释表17-18
• 1 绪论18-24
• 1.1 研究背景和意义18-19
• 1.2 国内外研究现状19-21
• 1.3 主要研究内容21-24
• 2 In SAR技术监测矿区形变的基本理论24-37
• 2.1 SAR系统及影像特征24-25
• 2.2 InSAR技术基本原理25-28
• 2.3 D-InSAR技术原理及处理流程28-31
• 2.4 D-InSAR在矿区形变监测中的局限性31-37
• 3 偏移追踪监测形变的基本理论37-44
• 3.1 偏移追踪原理37-38
• 3.2 偏移追踪算法38-40
• 3.3 偏移追踪误差分析40-41
• 3.4 偏移量与矿区垂直形变关系41-44
• 4 偏移追踪监测矿区形变的关键技术研究44-66
• 4.1 偏移追踪算法44-51
• 4.2 GAMMA软件偏移追踪51-53
• 4.3 垂直方向形变的解算53-63
• 4.4 地理编码63-66
• 5 峰峰九龙矿区偏移追踪应用实例66-76
• 5.1 实验区域简介66-68
• 5.2 地表移动观测资料分析68-71
• 5.3 偏移追踪技术提取矿区形变71-74
• 5.4 监测结果分析74-76
• 6 结论及展望76-79
• 参考文献79-84
• 作者简历84-86
• 学位论文数据集86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 吴立新,高均海,葛大庆,殷作如,邓智毅,刘宏军;基于D-InSAR的煤矿区开采沉陷遥感监测技术分析[J];地理与地理信息科学;2004年02期

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本文编号：1001803