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基于相干目标的D-InSAR方法研究及在北京地面沉降监测中的应用

张佳磊  
【摘要】:合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)是近几十年来发展起来的一门雷达遥感新技术,它在DEM重建和监测地表形变等方面具有获取信息快速、大面积连续监测、全天时、全天候等优点,已成为最具潜力的微波遥感新技术之一。合成孔径雷达差分干涉测量技术(D-InSAR)侧重于研究短时期的单次形变,使用的SAR图像较少,缺乏多余观测,因此计算出的形变可靠性较差。而对于长期缓慢地表形变的监测,由于InSAR观测周期以及时间和空间基线的限制,一般无法将D-InSAR单次离散的观测值连接起来形成时间序列,因此无法得到研究区域的沉降发展和演化情况。基于相干目标的D-InSAR方法以高相干点作为研究对象,对点目标进行干涉处理,能够有效地减弱空间基线引起的失相干问题,进而提高形变计算的精度。 本论文首先对InSAR和D-InSAR的基本原理和数据处理流程进行了介绍,并且用两幅Envisat-ASAR影像做了二轨差分,得到形变图。然后分析了D-InSAR方法的误差来源,主要包括配准误差、基线误差和大气相位误差等。之后介绍了高相干点的选择方法以及四种基于相干目标的D-InSAR方法,重点是系统研究了小基线集技术。该方法的基本思想是将获得的SAR数据根据空间基线大小组合成若干个集合,设置一定的阈值筛选出基线较小的干涉对进行利用。首先需要选择一幅公共主影像进行配准,然后依据一定的准则选择出高相干点,利用设置的时间和空间基线阈值把数据分成若干集合,每个集合内的形变时间序列可以利用最小二乘(LS)方法来解算,利用奇异值分解(SVD)方法解决总体法方程秩亏的问题,把几个集合的解算结果进行连接,进而获得覆盖整个观测时间的沉降序列。最后选定北京市作为研究区域,利用2003年6月18日至2010年8月25日的52景Envisat影像数据对北京地区进行地面沉降监测研究,采用小基线集技术,得到各时间区间的沉降量和沉降速率,并对结果进行分析。 从沉降速率图中可以看出,北京城市中心地区较为稳定,东部及东北部存在几个明显的沉降区,最大形变速率达到10cm/y,最大累积形变达到70cm。北京地区的地表形变有其明显的特点,除了地下水的开采,各种开发区的兴起以及工厂的兴建,已然成为城市地面沉降的关键因素,城市地面沉降,不仅仅是一个地质问题,也是关系到经济发展的社会问题。


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