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雷达差分干涉测量在唐山市地面沉降监测中的应用研究

晏明星  
【摘要】: 地面沉降是一种由多种因素引起的地面标高缓慢降低的环境地质现象,随着城市建设的飞速发展,地面沉降危害日益显著,它具有分布广,变化过程不易觉察等特点,我国北方多数城市和沿海的许多城市与地区都面临着地面沉降的问题,直接影响区域经济的可持续发展,威胁人民的生命安全,因此,及时准确地监测地面沉降及发展过程具有重要意义。近几年迅速发展起来的合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术具有比GPS更高的形变观测精度、采样密度高、空间延续性好和无需建立地面接收站等特点,成为区域形变监测领域最具潜力的新技术之一。 唐山市自开采地下煤矿以来,已造成市区大面积的地面塌陷,地下水抽取也相伴产生了地面沉降。合成孔径雷达差分干涉测量技术(D-InSAR)利用不同时间的雷达干涉图相重叠形成差分干涉图像,图像中一个相干颜色条纹周期代表一定数量的地面变形变量。 本文围绕雷达差分干涉技术测量地表形变的原理、方法,详细阐述了利用DORIS进行差分干涉处理的流程,并对DORIS关键算法进行分析,包括配准、去除平地效应、用外部DEM去除地形、地理编码等。收集了唐山市自1996年至2006年的多景ERS和ENVISAT数据,在DORIS平台上利用二轨差分方法,提取了唐山市不同时段的地面沉降结果和市年平均沉降速率,同时系统分析了干涉图中存在的误差。 取得的主要成果和认识有: (1)InSAR技术与传统测量技术相比有其独特优势。 InSAR技术可以实现具有全天候监测的能力,可覆盖大范围地区,且数据获取的速度较快;不仅可以提供用大多数方法难以监测到的地区的数据,而且还可以进行可与传统测量技术相比拟的高质量的地表变形测量;可提供时间跨度较大的SAR影像数据;花费比其他方法少的费用即可获取观测数据。 (2)D-InSAR技术特别适合城市环境的地面沉降监测。城市环境由于地面覆盖植被较少,且城市用地一般变化比较少,十分有利于进行SAR干涉测量。相反,城市周边往往由于农作物或者其他植被覆盖较多,且植被种类经常变化,不利于SAR干涉测量。 (3)总结提出了一种基于时间序列的采煤塌陷区地面沉降监测方法,为InSAR技术研究城市地面沉降和矿区地面沉降和预测沉降发展趋势提供了一种有效的途径。 (3)唐山市地面沉降总体趋势由加剧变为缓慢,自1999年以来,唐山市区全面禁止地下煤炭开采,唐山市被列入国家级采煤塌陷区综合治理示范区以来,唐山市地面沉降已得到了有效控制。


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