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InSAR技术在地面沉降监测中的应用研究

张金芝  
【摘要】:地面沉降已成为制约区域环境、社会经济可持续发展的主要地质灾害之一。InSAR技术为地面沉降监测提供了一种全新的方法,与传统测量方法相比具有很多优势,已经成为国内外研究的热点之一。但时间去相关、空间去相关、大气效应等因素,使InSAR监测的精度和可靠性受到影响,限制了InSAR技术在地面沉降监测中的实际应用。本文针对地面沉降监测新技术的应用需求,根据地面沉降的不同特点,选取矿区和城市区域两种典型的地面沉降类型,系统地开展InSAR技术在地面沉降监测中的应用研究。 本文对InSAR技术进行了详细的理论分析与应用研究,并针对不同的雷达干涉测量方法进行了深入研究,本论文的主要研究工作和贡献如下: (1)系统研究了InSAR技术的基本原理。重点阐述了应用于地面沉降监测的D-InSAR技术、PS-InSAR技术和SBAS-InSAR技术等三种技术方法的基本原理;通过总结分析不同InSAR技术方法中的技术性限制,得出了InSAR不同技术方法监测不同类型地表形变的适用性。 (2)基于双轨法D-InSAR技术对矿区地面沉降进行详细监测与分析。以兖州矿区为实验区,对获取的矿区14景PALSAR数据进行干涉对优化选取;形成了实用化的适合于矿区沉降监测的D-InSAR数据处理流程;基于该数据处理流程对优化干涉对进行干涉处理,获取了兖州矿区的地面沉降场;重点对几个采煤工作面的地面沉降信息进行了详细分析与解译,生成了矿区地面沉降的三维形变图、等值线图、剖面图等;分析了矿区沉降的时空变化趋势;采用矿区地面沉降实测数据,对InSAR沉降监测结果进行精度验证与分析。实验证明采用L波段的雷达数据进行双轨法差分干涉测量是进行矿区地面沉降监测的最佳手段之一。 (3)利用InSAR时序分析方法对城市地区的地面沉降进行详细监测与分析。以北京地区的地面沉降为例,对获取的19景ENVISAT ASAR雷达数据进行InSAR时序分析处理,按照“三基线”绝对值之和最小原则选取了主影像,并生成干涉图序列;成功提取了足够数量的PS/SBAS点;分别采用PS-InSAR、SBAS-InSAR和MT-InSAR三种方法通过估算与去除各种误差获取了北京地区的地表形变信息,包括雷达视线向地表年平均形变速率和地表形变时间序列;结合北京地区的地面沉降实际情况,对地面沉降信息进行详细分析,去除形变速率标准差较大点后MT-InSAR技术获得的形变信息最接近实际情况。实验证明InSAR时序分析方法特别适合进行大区域缓慢地表形变的监测。


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