收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于现代测量平差的InSAR三维形变估计理论与方法

胡俊  
【摘要】:合成孔径雷达干涉测量(InSAR)是二十世纪六十年代发展起来一项空间大地测量与现代遥感技术,可以大范围、高精度和空间连续地监测地球表面发生的形变,为人类了解地球运动机制、防御自然及人为地质灾害等提供了重要的手段。然而,传统的单轨InSAR形变测量结果只能反映真实的三维地表形变在雷达视线方向(LOS)上的一维投影,容易引起对地表形变监测信息的误判或漏判,使得该技术的发展和应用受到了极大的阻碍。通过融合多颗SAR卫星平台获取的多个轨道数据,可以将InSAR一维形变测量拓展至三维。但是现有方法普遍缺乏严密的数据处理理论,在处理多平台、多轨道和多时域InSAR测量值时,无法充分考虑这些多源异质数据在时间尺度和测量精度上的差异,而且不能很好地顾及InSAR多源误差的影响,从而极大的限制了三维形变测量的精度和时间分辨率。 现代测量平差是一种以误差理论和经典测量平差为基础的数据处理技术,并在不同层面上扩充、发展形成新理论和新方法,目前已被广泛应用于“3S”及其集成的数据处理中。InSAR三维形变测量本质上可以视为一个平差问题,因此现代测量平差理论和方法在该领域中具有良好的应用潜力。本文以InSAR三维形变估计的函数模型、随机模型和估计准则为核心研究内容。针对InSAR三维形变估计理论中的关键技术问题,借鉴和研究了滤波、插值、最小二乘、方差分量估计、卡尔曼滤波和总体最小二乘等现代测量平差方法的原理和思想,系统性地研究了基于现代测量平差的InSAR三维形变估计理论与方法,为高精度三维地表形变的获取提供了新的途径。本文的主要贡献和创新之处在于: (1)建立了基于最小二乘的InSAR三维地表形变估计的函数模型,并针对模型的观测值设计了InSAR趋势误差改正算法,显著改善了InSAR三维形变估计结果的精度。本文深入分析了从InSAR的LOS方向一维测量值求解三维地表形变的可能性和精度,系统地研究了多源异质InSAR (包括D-InSAR、Offset-Tracking和MAI)测量值与三维地表形变之间的函数关系,并通过理论推导将其扩展为适用于融合多源异质InSAR测量值和GPS测量值估计三维地表形变的函数模型。同时,为了进一步提高MAI技术获取的方位向形变测量值的精度,本文通过研究电离层误差和形变信号在空间上的不同分布规律,发展了基于方向性滤波和插值的MAI电离层趋势误差改正方法;而针对D-InSAR技术在毗邻轨道获取的形变结果的不一致问题,本文利用在毗邻轨道的公共区域提取的连接点作为附加约束,发展了基于整体同步最小二乘的多轨道D-InSAR轨道趋势误差改正模型。在此基础上,本文分别精确获取了2010年新西兰Darfield地震和2011年日本Tohoku-Oki地震的第一个同震三维地表形变场,精度可达到cm级。 (2)提出了基于方差分量估计的InS(?)R三维地表形变速率估计算法,实现了InSAR测量值随机模型的后验估计,显著改善了InSAR三维形变速率估计结果的精度。在融合多源异质InSAR及GPS测量值估计三维地表形变速率时,除了需要建立精确的观测函数模型之外,还需要获取InSAR及GPS测量值的随机模型(即方差),然而目前没有一个公认的可以精确确定多源异质InSAR测量值先验方差的方法。针对这一难题,本文首先根据多源异质InSAR及GPS测量噪声的统计特性实现了多源异质InSAR和GPS测量值的最优分组;然后基于线性模型思想建立了最小二乘残差和多源异质InSAR及GPS测量值的单位权中误差之间的函数模型,通过迭代运算得到了多源异质InSAR和GPS测量值的后验方差(或权重)。此外,考虑到在实际中InSAR多余观测量较少,本文在顾及三维形变速率估计精度和计算量的前提下,通过大量实验研究得到了方差分量估计中InSAR测量值的最优配置。模拟和美国南加州地区的真实数据实验结果表明,本文方法的三维形变速率估计精度比现有方法有了明显改善。随后,将该方法应用于青藏高原冬克玛底冰川的监测中,揭示了青藏高原山岳冰川的第一个三维运动速率场,为研究青藏高原的冰水质量迁移和转换提供了一个新的视角。 (3)提出了基于卡尔曼滤波的InSAR三维地表形变序列动态估计函数模型,显著提高了InSAR三维地表形变测量结果的时间分辨率和精度。传统的InSAR三维形变测量方法受限于不同平台、不同轨道SAR数据的时态差异,只能对多源异质InSAR测量值进行静态平差求解,获取地表的瞬时三维形变或三维形变速率,而无法估计三维形变序列。本文首先深入分析了融合多平台、多轨道和多时域InSAR测量值求解三维地表形变序列的局限性;然后通过联合时序InSAR测量值的成像几何建立空间联系和引入三维形变速率矢量作为时态约束,建立了三维地表形变的观测方程和状态方程,从而实现了三维形变序列的动态估计。为了提高三维形变序列的估计精度,本文引入方差扩大模型来抑制InSAR测量值中解缠误差等粗差的影响。而在实际数据处理中,利用基于最小二乘的InSAR时序测量值处理方法得到的三维低频形变和地形残差来确定滤波初始状态矢量和协助InSAR干涉相位解缠,从而进一步提高了卡尔曼滤波方程组的解算精度。模拟和美国南加州地区的真实数据实验结果表明,本文方法适用于线性或非线性形变监测,实现了三维地表形变序列的准实时估计,提高了计算效率的同时降低了数据的存储量,可以得到时间分辨率和精度明显优于现有方法的三维形变序列结果。 (4)提出了基于总体最小二乘的InSAR三维地表形变估计方法,解决了传统的基于高斯-马尔可夫(GM)模型的估计准则无法考虑DEM误差影响的问题,提高了InSAR三维形变估计结果的精度。在利用InSAR技术监测地表平行位移的三维形变时,通常都借助于DEM数据提供的坡度角信息来降低对InSAR观测量的要求,这使得InSAR三维形变监测模型的系数矩阵被DEM误差所污染。传统的基于GM模型的估计方法(如最小二乘)只能考虑观测值含误差的情况,本文方法则以变量含误差(EIV)模型为核心,在满足观测值误差平方和最小的同时,使得系数矩阵误差平方和也达到最小,因此可以得到更加优化的三维地表形变估值。针对InSAR测量最为常见的配置情况,本文首先设计了两种地表平行位移的InSAR三维形变监测模型,一种是基于升降轨InSAR的LOS向测量值,另一种是基于单轨InS(?)R的LOS向和方位向测量值;然后分别研究了DEM误差(或坡度角方差)在这两种模型中的传播方式,并通过理论推导得到了相应的系数矩阵方差,进而实现了三维地表形变的总体最小二乘估计。模拟和河南大寺坡真实数据实验结果表明,总体最小二乘在估计三维地表形变时比现有方法表现更加稳健,提高了三维形变结果的估计精度。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前19条
1 郭红;;基于INSAR的矿区地表三维形变解算方法应用研究[J];内蒙古煤炭经济;2019年24期
2 汤伏全;董龙凯;王宗良;黄景偲;;基于沉陷对称特征的近水平煤层开采InSAR三维位移反演模型[J];煤炭学报;2019年01期
3 孙赫;陈巍然;牛玉芬;徐晶;;基于InSAR的矿区沉降中心动态变化监测与分析[J];大地测量与地球动力学;2020年03期
4 高建;陈炳乾;冯遵德;;一种适用于开采沉陷的InSAR最大可检测形变梯度函数模型[J];金属矿山;2020年03期
5 岳昔娟;韩春明;窦长勇;赵迎辉;;机载InSAR区域网平差数学模型研究[J];武汉大学学报(信息科学版);2015年01期
6 康鑫;朱珺;耿留勇;;利用InSAR技术监测采矿区地表输电铁塔时序形变[J];电力勘测设计;2017年02期
7 刘昱彤;陈星彤;韩松;;InSAR相位解缠质量对比评价分析[J];矿山测量;2020年01期
8 陈娅男;李素敏;郭瑞;袁利伟;;基于时序InSAR的覆砂石尾矿坝形变演化研究[J];中国安全生产科学技术;2020年04期
9 敖萌;张路;廖明生;张丽;;基于方差分量估计的多源InSAR数据自适应融合形变测量[J];地球物理学报;2020年08期
10 高明亮;宫辉力;陈蓓蓓;周超凡;司远;;基于InSAR技术的地表三维形变获取方法综述[J];测绘通报;2017年01期
11 尹宏杰;;基于InSAR的矿区形变等值线图的绘制[J];矿山测量;2017年03期
12 费毕刚;韩鹏飞;朱茂;万小莉;王春伟;孙珍珍;;基于星载InSAR技术的城市房屋安全风险识别[J];城市勘测;2021年03期
13 夏元平;陈志轩;张毅;;南昌市地面沉降InSAR监测及影响因子分析[J];测绘科学;2020年11期
14 张双成;许强;罗勇;雷坤超;牛玉芬;庞校光;;时序InSAR解译2017~2020年北京地面沉降时空变化[J];大地测量与地球动力学;2022年01期
15 李红慧;侯占东;李书建;;基于时序InSAR的常州市地面沉降时空演变规律及成因分析[J];大地测量与地球动力学;2022年01期
16 郭微;孙娜;;浅谈时序InSAR沉降监测结果的分析方法[J];测绘与空间地理信息;2021年12期
17 刘媛媛;晏霞;;时序InSAR大范围地表形变监测的关键问题分析[J];东华理工大学学报(自然科学版);2021年01期
18 李瑞峰;常乐;秦海;;InSAR技术在超高层建筑变形监测的应用研究[J];工程质量;2021年04期
19 金丽华;岳昊;武丽梅;;基于InSAR技术的城市地面沉降信息统计分析研究[J];测绘与空间地理信息;2021年S1期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 黄伟;冯亮;韦立登;李爽;;机载毫米波InSAR滑坡灾害应急监测应用[A];第七届高分辨率对地观测学术年会论文集[C];2020年
2 张斌;冯亮;李爽;韦立登;姚秀光;张帆;王柳柳;;基于双侧视机载多基线毫米波InSAR的城区高程反演技术[A];第七届高分辨率对地观测学术年会论文集[C];2020年
3 夏锦;张鹏;郑晓慧;王其合;边云云;朱辉;;宿州西水源地地面沉降不同时序InSAR监测对比分析[A];2021年全国工程地质学术年会论文集[C];2021年
4 周倩;江利明;;2011年Mw6.8缅甸地震InSAR电离层改正分析实验[A];2019年中国地球科学联合学术年会论文集(十二)——专题31:空间大地测量的全球变化研究、专题32:地震大地测量学、专题33:沉积盆地矿产资源综合勘察[C];2019年
5 朱瑞杰;师帅;刘欢;;基于INSAR技术的地表形变监测探究[A];加强科技创新 服务公司发展——陕西天地地质有限责任公司科学技术创新成果论文集(2017)[C];2017年
6 赵争;张过;张继贤;;遗传算法在InSAR相位解缠中的应用[A];第十三届全国遥感技术学术交流会论文摘要集[C];2001年
7 靳国旺;杜丽敏;徐青;兰朝桢;;INSAR干涉图的滤波处理[A];现代通信理论与信号处理进展——2003年通信理论与信号处理年会论文集[C];2003年
8 王冬红;刘军;;INSAR像对的过采样与干涉图欠采样[A];第十五届全国遥感技术学术交流会论文摘要集[C];2005年
9 祝传广;张永红;张继贤;邓喀中;吴宏安;;多视处理对时序InSAR技术的影响研究[A];变形与安全监测理论与实践——2014工程测量分会与矿山测量专委会年会论文精选[C];2014年
10 郝晓龙;陈力;;分布式卫星InSAR系统的基线测量误差研究[A];第十九届测控、计量、仪器仪表学术年会(MCMI'2009)论文集[C];2009年
11 苗小利;;一种机载InSAR地面定标控制测量布点方案及实践[A];第四届“测绘科学前沿技术论坛”论文精选[C];2012年
12 靳国旺;;用摄影测量观念理解InSAR技术[A];第四届“测绘科学前沿技术论坛”论文精选[C];2012年
13 邱建国;;编队卫星INSAR系统中天线指向误差对天线方向图的影响[A];第二届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2004年
14 唐健;;二维视图辅助创建三维实体的研究[A];面向21世纪的图学教育——第十二届全国图学教育研讨会暨第三届制图CAI课件演示交流会论文集[C];2000年
15 赵争;张过;张继贤;;遗传算法在InSAR相位解缠中的应用[A];全面建设小康社会:中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集(上)[C];2003年
16 赵萍;;三维辅助城市设计系统的设计与实现[A];科技支撑 科学发展——2009年促进中部崛起专家论坛暨第五届湖北科技论坛文集[C];2009年
17 王翔;杨小利;王钧;;三维织物及复合材料的发展与应用[A];复合材料:生命、环境与高技术——第十二届全国复合材料学术会议论文集[C];2002年
18 屈晓波;;三维地籍管理信息系统建设[A];2006年中国土地学会学术年会论文集[C];2006年
19 胡建明;;三维块段储量计算法的研究与应用[A];2011年中国矿业科技大会论文集[C];2011年
20 尹天锦;黄有群;孙淑杰;;三维消防档案生成系统的研究[A];全国第13届计算机辅助设计与图形学(CAD/CG)学术会议论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前20条
1 胡俊;基于现代测量平差的InSAR三维形变估计理论与方法[D];中南大学;2013年
2 张子文;时序InSAR地面沉降监测与地下水—地面沉降预测模型参数反演[D];辽宁工程技术大学;2017年
3 朱邦彦;InSAR对流层延迟校正及其在地表沉降监测中的应用研究[D];武汉大学;2017年
4 黄倩;基于高性能计算的InSAR相位解缠并行算法研究与云平台构建[D];南京大学;2015年
5 楼良盛;基于卫星编队InSAR数据处理技术[D];解放军信息工程大学;2007年
6 陈泰生;三维符号及其共享研究[D];南京师范大学;2011年
7 郭利民;基于InSAR与多源数据的三维形变场获取研究与应用[D];中国地震局地质研究所;2014年
8 李小申;三维模糊集[D];大连理工大学;2009年
9 阚酉浔;基于多源测量数据融合的三维实景重建技术研究[D];中国地质大学;2017年
10 唐雪海;北京市城六区三维绿量估算与分析研究[D];北京林业大学;2011年
11 黄洁莉;企业科技创新的三维价值财务协同机理研究[D];武汉理工大学;2008年
12 林巧文;制度变迁视角下三维地籍建设中的利益相关者研究[D];中国地质大学;2016年
13 屈建;基于金属离子配位作用增强壳聚糖三维材料的研究[D];浙江大学;2011年
14 刘洋;顾及模型误差的震源参数InSAR反演[D];武汉大学;2012年
15 曹海建;三维机织整体中空复合材料的结构及性能研究[D];江南大学;2010年
16 仲苏洋;三维机织复合材料损伤演化与失效行为研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
17 王永哲;基于InSAR的地表同震形变获取及震源参数反演研究[D];中南大学;2012年
18 田馨;InSAR技术形变监测中的干涉条件研究[D];武汉大学;2013年
19 杜成珠;基于三维正交机织的纺织微带天线[D];上海大学;2012年
20 谷德峰;分布式InSAR卫星系统空间状态的测量与估计[D];国防科学技术大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 陈雄乐;基于时序InSAR技术监测地热资源开采形变[D];广东工业大学;2020年
2 牛磊;基于InSAR时序分析技术的攀枝花市仁和煤矿集中区地面沉降危险性评价研究[D];云南大学;2020年
3 陈宇龙;基于时序InSAR的大光包滑坡位移监测与演化态势分析[D];西南交通大学;2019年
4 温槟繁;基于开采沉陷知识的InSAR三维形变提取方法与应用研究[D];中国矿业大学;2019年
5 赵强;基于InSAR时序分析的吉林省地表形变监测研究[D];吉林大学;2019年
6 聂兵其;基于InSAR的滑坡形变探测及隐患识别研究[D];成都理工大学;2018年
7 周洪月;时序InSAR矿区地表形变监测中的大气延迟校正研究[D];中国矿业大学;2018年
8 刘聪;基于时序InSAR的某钻井水溶开采矿区地表形变监测[D];长沙理工大学;2018年
9 王振兵;基于空间插值算法的InSAR大气延迟改正方法研究及应用[D];安徽理工大学;2018年
10 郝华东;卡尔曼滤波在InSAR相位解缠中的应用研究[D];山东科技大学;2010年
11 刘志栋;InSAR相位解缠方法研究[D];国防科学技术大学;2005年
12 李洪涛;非线性跟踪滤波器在InSAR相位解缠中的应用研究[D];南昌大学;2021年
13 元亚菲;InSAR相位解缠算法研究与应用[D];中国矿业大学;2015年
14 熊用;InSAR干涉相位解缠算法及实现[D];湖南师范大学;2011年
15 卢克东;基于时序InSAR矿区地表三维形变预计研究[D];安徽理工大学;2021年
16 陈乾福;机载InSAR区域网平差处理方法研究[D];中国测绘科学研究院;2015年
17 季灵运;InSAR相位解缠算法比较与评价研究[D];长安大学;2007年
18 曹将兵;InSAR中干涉条纹图滤波方法的研究[D];中国地质大学(北京);2007年
19 陈益飞;宽测绘带InSAR干涉相位稀疏重构方法研究[D];电子科技大学;2021年
20 施显健;深圳地区1997~2020年地面沉降InSAR时序监测与机理分析[D];桂林理工大学;2020年
中国重要报纸全文数据库 前20条
1 高宇 邵明;区文旅局“三维发力”推动工作高质量发展[N];滁州日报;2021年
2 报道组 吴怡婧 郑晨 见习记者 胡灵萍 通讯员 郑宇琦;万田乡用三维实景地图管好村庄[N];衢州日报;2021年
3 记者 蒋菡;“结构三维码”为商品溯源提供安全载体[N];工人日报;2020年
4 本报记者 黄尚宁 通讯员 潘正伟 林海兰;向实景逼近 向三维跃升[N];中国自然资源报;2021年
5 湖南日报·新湖南客户端记者 王铭俊 通讯员 冯浩家;BIM技术:用三维图协同指挥盖房子[N];湖南日报;2021年
6 本报记者 王蕾;三维麦普:“盘”煤只需走一圈[N];山西经济日报;2020年
7 记者 江耘;三维微纳加工领域迎来精妙“冰刻”术[N];科技日报;2018年
8 董丽杰;“三维”管理促更高质量发展[N];中国黄金报;2019年
9 湖北日报全媒记者 方琳;湖北首创非遗项目三维动漫[N];湖北日报;2019年
10 本报记者 罗莎莎;三维治理让“三感”攀升[N];法制日报;2019年
11 湖北日报全媒记者 雷闯;华科三维:力推3D打印产业化[N];湖北日报;2017年
12 北京商报记者 李振兴;三维家蔡志森:用软件打通家居产业链[N];北京商报;2018年
13 本报记者 黄如飞 梁政 通讯员 王一雄;“三维”共扶,四千云霄贫困户奔富路[N];福建日报;2018年
14 记者 王永珍;一季度全省新增64个开(动)工“三维”项目[N];福建日报;2015年
15 记者 王永珍;1至9月全省“三维”项目完成投资超全年目标[N];福建日报;2015年
16 记者 刘文艳;“三维对接”外企项目完成投资超14亿美元[N];泉州晚报;2013年
17 记者 王永珍;“三维”项目去年完成投资5097亿元[N];福建日报;2014年
18 实习记者 赵娜;三维人像 助兴旅游[N];消费日报;2014年
19 记者 翟敏;三维通信拟10转5派1.5元[N];上海证券报;2012年
20 张莎;三维项目累计完成投资75亿元[N];闽北日报;2012年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978