基于极化时序InSAR技术监测地表形变

【摘要】：时序干涉测量技术(Time-Series Interferometric Synthetic Aperture Radar,TS-InSAR)技术出现以来,被广泛应用于多种地表的形变监测。与传统的大地测量手段相比,时序InSAR技术能提供大范围的形变监测结果。然而该技术应用于低相干性地区时,经常出现监测结果不佳的情况。已有研究表明,结合多极化数据能提高时序InSAR技术的形变监测结果。对此,本文以如何有效结合多极化数据与时序InSAR技术的角度出发,对极化时序InSAR处理方法展开研究。本文的主要研究工作如下:(1)本文针对基于像素散射机制的极化相位优化模型存在的计算效率低下问题,提出了改进。通过进行多种最优化算法的比较和参数调试,将对比结果中效果最优的遗传算法对原模型中的穷举算法进行替代,提出了基于遗传算法的像素最优散射机制(Genetic Algorithm-Best Scattering Mechanism,GA-BS)模型,并对该模型的有效性和可靠性进行验证。本文以珠海市高栏港经济区为实验区域,利用Sentinel-1A双极化卫星影像数据进行方法测试。通过与传统单极化处理方法和基于迹矩(Trace Moment,TM)统计特性和总功率干涉图(Total Power,TP)的极化相位优化模型进行对比,证明了GA-BS模型能有效提高形变监测结果的质量,且本模型所得到的实验结果优于基于迹矩统计特性和总功率干涉图的极化相位优化模型。与此同时,本文将模型的实验结果与研究区域已有水准数据展开比较,证明了方法的可靠性。(2)本文提出利用多极化强度数据展开像素同质点识别,并依据总功率干涉图构建分布式散射体干涉相位优化的极化分布式散射体干涉测量(Polarimetric Distributed Scatterer Interferometry,PolDSI)模型。实验采用上述相同研究区域和影像数据,展开模型方法的可行性和可靠性探究。通过与单极化DSI处理方法进行比较,证明本实验模型在提高DS测量点数量上的有效性。同时,对比单极化DSI的处理结果,本模型的处理结果展现了更多的形变细节。通过将模型处理结果与水准数据进行对比,证明了本文所提模型方法的可靠性。(3)本文提出将上述GA-BS的极化永久性散射体干涉测量(Polarimetric Persistent Scatterer Interferometry,PolPSI)模型与基于TP的极化分布式散射体干涉测量模型进行结合,建立融合PolDSI和PolPSI的数据处理模型。以广东省的珠海市高栏港经济区和潮汕部分地区为研究区域展开模型的可行性和可靠性测试,并获取和分析两地区的地表形变情况。在两个区域的实验结果中,本模型结果中测量点的数量均远多于单极化DSI+PSI处理结果;在形变结果对比中,本模型相对于单极化处理方法获取了更多的研究区域形变细节,提升了形变监测的效果。为证明本模型的可靠性,实验以水准数据对比和交叉验证为手段,证明了本模型能取得可靠的形变结果。(4)针对高栏港经济区和潮汕地区出现的地表形变现象,本文结合当地相关资料展开时序分析。分析认为,高栏港地区出现严重沉降的主要原因是当地的填海造陆工程和高孔隙比的软土地质;潮汕地区出现的严重地面抬升和地面沉降的主要原因是当地的地下水抽采和当地政府所采取的相关政策,同时与当地的第四纪沉积物地质条件有关。