区域性地面沉降InSAR监测关键技术研究

【摘要】：地面沉降是地质环境演化的重要内容之一。我国华北平原、长三角地区以及汾渭谷地等地区目前多发的区域性地面沉降,地跨不同行政区划,要求测量手段不仅具备高精度,同时具备大范围同步测量的能力。雷达干涉测量(InSAR, SAR Interferometry)技术的研究为区域性地面沉降高精度快速准确监测提供了新的手段。然而,将其应用于解决数万平方公里的大范围地面沉降监测仍存在难题。如何更为准确的提取地表形变信息,降低对数据量的依赖,如何解决大范围数万平方公里InSAR全覆盖同步测量以及如何评定InSAR监测成果的精度,都面临诸多技术难题。 本文以解决区域性地面沉降InSAR监测中的关键技术问题为目标,开展的研究和取得的创新点如下： (1)建立了基于相干目标(CT) InSAR时序分析技术的地面沉降信息提取技术。建立了改进的相干目标InSAR时序分析方法,扩展了基于均值相干系数、点目标检测以及强度稳定性的多阂值相干目标识别方法,以奇异值分解(SVD)和时空域滤波对残余相位处理反演非线性形变。实现较少数据量条件下(10-12景)监测精度为2-3mm,与地面水准同步观测的比较精度为3-5mm,满足了区域性地面沉降的监测需要。 (2)建立了基于多轨道、长条带InSAR时序分析的集成处理方法。实现了多轨道间参考基准统一,并研究了利用多轨道重叠区多余观测值检验独立观测精度的方法,结果表明相邻平行轨道下监测精度达2.55mm,96%以上同名点间互差小于5mm。 (3)研究了InSAR测量与地面测量的参考基准控制方法。建立了基于水准观测值线性模型校正、角反射器基准偏差估算以及基于先验知识的参考基准偏差补偿方法,解决了区域地面沉降InSAR监测的基准控制问题。 (4)研究了不同观测条件下InSAR监测结果的精度检验,实现不同数据集InSAR时序分析的内部检验。利用同步观测水准测量数据,比较检验了CTInSAR方法监测地面沉降的精度,实现了外部检验。比较了基于邻近点法和克里金法插值条件下InSAR与水准观测比较的差异,提出了与距离相关的InSAR观测精度评定方法,表明在数据量为10-12景时测量精度与Ⅲ等水准相当。 (5)以华北平原区域性地面沉降为研究对象,在德州季节性地面沉降与回弹监测、京津地区地面沉降监测以及大型线性工程(京津高铁)地面沉降危害评价等多方面对关键技术进行了应用评价,检验了监测精度和工程化应用能力。