基于时序InSAR技术的成都道路形变监测分析与应用
发布时间：2022-02-10 08:24
随着我国城市化进程的不断加速和交通基础设施的发展,城市地面沉降问题日益突出,作为一种严重的城市地质灾害,需要对城市地面沉降监测和防治进行更加深入的研究。城市公路是关系到城市化发展和居民生活的重要基础设施,公路及其周边的地表沉降会威胁到公路的安全运营,并对居民的生命和财产安全造成影响,因此,利用各种监测手段对道路地表形变进行及时监测,可以对城市道路沉降灾害的发生起到预防作用。近年来多个国家和地区都在发展合成孔径雷达（SAR）卫星计划,时间序列合成孔径雷达干涉技术也受到广泛关注,并成为地表形变监测的有力工具之一,以永久散射体干涉（PS-InSAR）技术为代表的时间序列InSAR技术不仅可以有效缓解大气效应对干涉监测结果的影响,而且具有全天时、全天候、大范围、高精度以及低成本的优势,在城市道路形变监测和地面沉降预防中,得到了广泛研究与应用。成都是中国西南地区的中心城市,近年来成都市的发展增加了对交通基础设施的需要,因此利用各种手段,监测成都市主要道路形变情况,及时发现沉降路段,对保障道路安全运营具有现实意义。本文利用了欧洲航天局（ESA）的C波段Sentinel-1数据和PS-InSAR技术...
【文章来源】：电子科技大学四川省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SAR系统的侧视成像几何技术基本原理
第二章合成孔径雷达干涉基础13轨道干涉为例来分析InSAR技术的基本原理，其几何原理如图2-2所示[57]。图2-2InSAR测量几何原理示意图在图2-2中，H是SAR卫星第一次对目标区域成像时的飞行高度可通过卫星轨道信息获得，P是地面目标观测点，h为该观测点的高程，O代表地球的球心，1S和2S代表了两次卫星经过目标区域并成像时天线的相对位置，可由过境卫星的轨道参数来获取，B为两次通过时的卫星天线的轨道距离称为空间基线，令空间基线B与水平方向的夹角为，两次观测到目标观测点的斜距分别为1R和2R，过境卫星两次对目标点P发射电磁波并接受回波信号，1c为主影像信号，2c为辅影像信号，可分别表示为式(2-1)的复数形式：121122,iicAecAe(2-1)两次成像的回波信号是具有高度相干性的，通过对主影像和辅影像进行配准处理然后共轭相乘可以得到干涉图，已知共轭相乘意味着相位相减[58]，即可得到对应观测目标像素点的相位差值，它与两次信号的传播路径差值有关，假设两次成像期间目标的散射特性未发生改变可得式(2-2):12124(RR)(2-2)式(2-2)得到的相位差是真实干涉相位在[,]上的主值，只有经过位解缠
电子科技大学硕士学位论文16图2-3干涉相位随高程变化示意图2.3DInSAR技术基本原理DInSAR技术监测地表形变的基本思想是利用覆盖目标区域的两幅或多幅形变发生前后遥感影像做差分干涉处理，利用差分干涉图中的干涉相位信息来提取目标区域监测时间范围内发生的地表形变情况。通过上节推导可知干涉相位是雷达天线与地面监测目标斜距差值的函数，若DInSAR监测期间目标区域地表发生了形变，卫星几次成像的位置不同，并且考虑微波传输过程中会受到大气延迟效应的影响，可认为式(2-2)表示的重复轨道干涉相位主要由式(2-16)中的几个相位分量综合贡献组成的，通过对各个相位贡献分量的分析和求解可以反演出形变信息[63]。=flattopodefatmnoise(2-16)式(2-16)中flat代表地球椭球参考面造成的相位变化分量，称为参考面相位或者平地相位；topo代表地表高程变化造成的相位变化分量，称为地形相位；def是由成像期间地表发生的沿着LOS方向的形变引起的相位变化分量，称为形变相位；atm代表大气效应相位也叫大气延迟相位；noise是指成像时系统热噪声引起的相位差值。在DInSAR技术流程中必须将形变相位def以外的相位分量通过技术手段予以剔除，然后根据地表形变相位分量来反演出研究区域的地表形变信息。对于参考面相位flat，该相位分量由所采用的地面参考基准面所造成，DInSA测量经常采用的大地参考基准面为WGS-84椭球面，可由其几何关系推导出表达式为[64]：44sin()flatBB∥(2-17)
【参考文献】：
期刊论文
[1]PS-InSAR技术对上海高架路的沉降监测与归因分析[J]. 王茹,杨天亮,杨梦诗,廖明生,林金鑫,张路. 武汉大学学报(信息科学版). 2018(12)
[2]公路路面裂缝形成原因及解决对策研究[J]. 高里. 四川水泥. 2017(12)
[3]精密轨道支持下的哨兵卫星TOPS模式干涉处理[J]. 吴文豪,周志伟,李陶,龙四春. 测绘学报. 2017(09)
[4]上海地面沉降监测技术应用实践[J]. 许言,杨天亮,焦珣,吴建中. 上海国土资源. 2017(02)
[5]成都地铁4号线凤溪站坑降水对周围环境的影响及解决措施[J]. 黄容. 西部探矿工程. 2017(03)
[6]应用PSInSAR技术分析上海道路网沉降时空特性[J]. 秦晓琼,杨梦诗,廖明生,王寒梅,杨天亮. 武汉大学学报(信息科学版). 2017(02)
[7]基于SBAS-InSAR的成都平原地面沉降监测[J]. 孙晓鹏,鲁小丫,文学虎,甄艳,王蕾. 国土资源遥感. 2016(03)
[8]国内外地面沉降研究综述[J]. 袁铭,白俊武,秦永宽. 苏州科技学院学报(自然科学版). 2016(01)
[9]应用雷达干涉技术的交通设施形变监测研究[J]. 刘晓龙,宋伟东,张永红,吴宏安. 测绘科学. 2016(01)
[10]基于卡尔曼滤波的D-InSAR和水准监测数据融合方法研究[J]. 李怀展,查剑锋,米丽倩. 大地测量与地球动力学. 2015(03)
博士论文
[1]基于相干目标DInSAR方法的南方公路沉降监测应用研究[D]. 殷硕文.解放军信息工程大学 2010
[2]星载干涉合成孔径雷达信号处理研究[D]. 申艳.中国科学院研究生院（电子学研究所） 2007
[3]InSAR获取高精度DEM关键处理技术研究[D]. 靳国旺.解放军信息工程大学 2007
[4]永久散射体雷达差分干涉理论及在上海地面沉降监测中的应用[D]. 罗小军.西南交通大学 2007
[5]基于永久散射体雷达差分干涉探测区域地表形变的研究[D]. 陈强.西南交通大学 2006
硕士论文
[1]基于时序InSAR技术的川西高填方机场设施形变研究[D]. 陈汉苧.电子科技大学 2019
[2]基于InSAR技术分析甘肃黑方台已滑及潜在滑坡区地表形变[D]. 曾珠.电子科技大学 2019
[3]基于Sentinel-1A数据的成都市中心城区地表形变研究[D]. 付垚.电子科技大学 2018
[4]成都平原地下水动态特征及预测研究[D]. 蒋文武.成都理工大学 2018
[5]InSAR技术在地铁沿线形变监测中的应用研究[D]. 白书建.中国地质大学(北京) 2017
[6]Sentinel-1A数据DInSAR地表形变监测研究与实践[D]. 白泽朝.解放军信息工程大学 2017
[7]PSInSAR技术中PS目标点提取方法研究[D]. 王淦.东华理工大学 2015
[8]永久散射体差分干涉技术研究[D]. 陈绍劲.国防科学技术大学 2013
[9]基于InSAR的矿区地表形变监测研究[D]. 尹宏杰.中南大学 2009
[10]基于GPS的公路沉降变形监测的方法与精度分析[D]. 李永泉.东北大学 2009
本文编号：3618573
【文章来源】：电子科技大学四川省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SAR系统的侧视成像几何技术基本原理
第二章合成孔径雷达干涉基础13轨道干涉为例来分析InSAR技术的基本原理，其几何原理如图2-2所示[57]。图2-2InSAR测量几何原理示意图在图2-2中，H是SAR卫星第一次对目标区域成像时的飞行高度可通过卫星轨道信息获得，P是地面目标观测点，h为该观测点的高程，O代表地球的球心，1S和2S代表了两次卫星经过目标区域并成像时天线的相对位置，可由过境卫星的轨道参数来获取，B为两次通过时的卫星天线的轨道距离称为空间基线，令空间基线B与水平方向的夹角为，两次观测到目标观测点的斜距分别为1R和2R，过境卫星两次对目标点P发射电磁波并接受回波信号，1c为主影像信号，2c为辅影像信号，可分别表示为式(2-1)的复数形式：121122,iicAecAe(2-1)两次成像的回波信号是具有高度相干性的，通过对主影像和辅影像进行配准处理然后共轭相乘可以得到干涉图，已知共轭相乘意味着相位相减[58]，即可得到对应观测目标像素点的相位差值，它与两次信号的传播路径差值有关，假设两次成像期间目标的散射特性未发生改变可得式(2-2):12124(RR)(2-2)式(2-2)得到的相位差是真实干涉相位在[,]上的主值，只有经过位解缠
电子科技大学硕士学位论文16图2-3干涉相位随高程变化示意图2.3DInSAR技术基本原理DInSAR技术监测地表形变的基本思想是利用覆盖目标区域的两幅或多幅形变发生前后遥感影像做差分干涉处理，利用差分干涉图中的干涉相位信息来提取目标区域监测时间范围内发生的地表形变情况。通过上节推导可知干涉相位是雷达天线与地面监测目标斜距差值的函数，若DInSAR监测期间目标区域地表发生了形变，卫星几次成像的位置不同，并且考虑微波传输过程中会受到大气延迟效应的影响，可认为式(2-2)表示的重复轨道干涉相位主要由式(2-16)中的几个相位分量综合贡献组成的，通过对各个相位贡献分量的分析和求解可以反演出形变信息[63]。=flattopodefatmnoise(2-16)式(2-16)中flat代表地球椭球参考面造成的相位变化分量，称为参考面相位或者平地相位；topo代表地表高程变化造成的相位变化分量，称为地形相位；def是由成像期间地表发生的沿着LOS方向的形变引起的相位变化分量，称为形变相位；atm代表大气效应相位也叫大气延迟相位；noise是指成像时系统热噪声引起的相位差值。在DInSAR技术流程中必须将形变相位def以外的相位分量通过技术手段予以剔除，然后根据地表形变相位分量来反演出研究区域的地表形变信息。对于参考面相位flat，该相位分量由所采用的地面参考基准面所造成，DInSA测量经常采用的大地参考基准面为WGS-84椭球面，可由其几何关系推导出表达式为[64]：44sin()flatBB∥(2-17)
【参考文献】：
期刊论文
[1]PS-InSAR技术对上海高架路的沉降监测与归因分析[J]. 王茹,杨天亮,杨梦诗,廖明生,林金鑫,张路. 武汉大学学报(信息科学版). 2018(12)
[2]公路路面裂缝形成原因及解决对策研究[J]. 高里. 四川水泥. 2017(12)
[3]精密轨道支持下的哨兵卫星TOPS模式干涉处理[J]. 吴文豪,周志伟,李陶,龙四春. 测绘学报. 2017(09)
[4]上海地面沉降监测技术应用实践[J]. 许言,杨天亮,焦珣,吴建中. 上海国土资源. 2017(02)
[5]成都地铁4号线凤溪站坑降水对周围环境的影响及解决措施[J]. 黄容. 西部探矿工程. 2017(03)
[6]应用PSInSAR技术分析上海道路网沉降时空特性[J]. 秦晓琼,杨梦诗,廖明生,王寒梅,杨天亮. 武汉大学学报(信息科学版). 2017(02)
[7]基于SBAS-InSAR的成都平原地面沉降监测[J]. 孙晓鹏,鲁小丫,文学虎,甄艳,王蕾. 国土资源遥感. 2016(03)
[8]国内外地面沉降研究综述[J]. 袁铭,白俊武,秦永宽. 苏州科技学院学报(自然科学版). 2016(01)
[9]应用雷达干涉技术的交通设施形变监测研究[J]. 刘晓龙,宋伟东,张永红,吴宏安. 测绘科学. 2016(01)
[10]基于卡尔曼滤波的D-InSAR和水准监测数据融合方法研究[J]. 李怀展,查剑锋,米丽倩. 大地测量与地球动力学. 2015(03)
博士论文
[1]基于相干目标DInSAR方法的南方公路沉降监测应用研究[D]. 殷硕文.解放军信息工程大学 2010
[2]星载干涉合成孔径雷达信号处理研究[D]. 申艳.中国科学院研究生院（电子学研究所） 2007
[3]InSAR获取高精度DEM关键处理技术研究[D]. 靳国旺.解放军信息工程大学 2007
[4]永久散射体雷达差分干涉理论及在上海地面沉降监测中的应用[D]. 罗小军.西南交通大学 2007
[5]基于永久散射体雷达差分干涉探测区域地表形变的研究[D]. 陈强.西南交通大学 2006
硕士论文
[1]基于时序InSAR技术的川西高填方机场设施形变研究[D]. 陈汉苧.电子科技大学 2019
[2]基于InSAR技术分析甘肃黑方台已滑及潜在滑坡区地表形变[D]. 曾珠.电子科技大学 2019
[3]基于Sentinel-1A数据的成都市中心城区地表形变研究[D]. 付垚.电子科技大学 2018
[4]成都平原地下水动态特征及预测研究[D]. 蒋文武.成都理工大学 2018
[5]InSAR技术在地铁沿线形变监测中的应用研究[D]. 白书建.中国地质大学(北京) 2017
[6]Sentinel-1A数据DInSAR地表形变监测研究与实践[D]. 白泽朝.解放军信息工程大学 2017
[7]PSInSAR技术中PS目标点提取方法研究[D]. 王淦.东华理工大学 2015
[8]永久散射体差分干涉技术研究[D]. 陈绍劲.国防科学技术大学 2013
[9]基于InSAR的矿区地表形变监测研究[D]. 尹宏杰.中南大学 2009
[10]基于GPS的公路沉降变形监测的方法与精度分析[D]. 李永泉.东北大学 2009
本文编号：3618573
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