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InSAR若干关键算法及其在地表沉降监测中的应用研究

范洪冬  
【摘要】: 矿产、地下水等资源开采引起的地面沉降已成为困扰社会和经济发展的普遍性难题。如何有效地、实时地监测地表沉降的发生,以分析沉降形成机理及演变规律、控制或减轻沉降灾害,是摆在国内外众多科研工作者面前的一个任务。本文从先进的对地观测新技术InSAR着手,首先分析了该技术用于地表沉降监测中的原理和局限性;然后对一些关键算法进行了改进和实验研究;最后利用D-InSAR、PS-DInSAR、SBAS等技术对天津市的失水沉降及某矿的开采沉陷监测进行了实验研究。本文的研究工作和成果如下: (1)总结了InSAR技术的研究现状,指出了国内外在InSAR及相关技术研究中的不足,阐述了SAR、InSAR、D-InSAR等技术的基本原理,分析了D-InSAR技术在沉降监测应用中的局限性。 (2)研究了一种基于精密轨道参数、快速傅立叶变换及地面控制点的组合基线估计方法,并分析了偏斜角对基线估计精度的影响。通过对比分析不同基线组合方法生成的干涉条纹图及样本点高程值,验证了该组合基线估计方法的正确性及可行性,可在一定程度上弥补单一基线估计方法所存在的不足。 (3)提出了结合边缘信息的DT-CWT干涉图滤波方法,并设计了相应的处理流程。该法利用DT-CWT域中层间系数的传递性和层内系数的相关性,得到干涉图的边缘及非边缘系数,并采用贝叶斯收缩或双变量贝叶斯收缩函数去噪,在去除噪声的同时,有效地保留了干涉图的边缘和细节信息。 (4)提出了基于混合微粒群算法和改进的最小二乘相位解缠方法,并同十种常用相位解缠方法进行了实验对比分析,证明了算法的正确性。 (5)建立了承压水位、地下水开采量同D-InSAR技术得到的沉降速率之间的关系模型,并对矿区开采沉陷进行了实验研究。为在一定程度上解决D-InSAR得到的开采沉陷下沉值小于实测值的问题,从控制点修正、多视处理两方面研究了两种针对开采沉陷应用的分析方法。 (6)提出了基于正切函数加权的最优相干主影像选取方法,并提出了基于影像幅度和相位信噪比的双重阈值PSC识别方法,这些算法都可以作为现有方法的一个补充。 (7)利用PS-DInSAR和SBAS方法获取了天津主城区1992-1997年间的地表下沉情况,前者共识别了18906个PS点,得到每年的最大下沉速率为16.4mm/a;后者共识别出42041个高相干点,得到每年的最大下沉速率为24.2 mm/a。利用SBAS方法初步获取了某矿1995-1998年间的地表下沉情况,共识别出380个高相干点,得到每年的最大下沉速率为45 mm/a。 该论文有图63幅,表18个,参考文献165篇。


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