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D-InSAR技术在西安市地面沉降监测中的应用

何伟  
【摘要】: 重复轨道差分干涉测量(D-InSAR)技术,是合成孔径雷达(SAR)卫星应用的一个拓展。雷达图像的差分干涉图可以用于监测cm级或更微小的地球表面形变,以揭示许多地球物理现象,如地震形变、火山运动、大气变化、冰川漂移、地面沉降以及山体滑坡等。 自从上世纪90年代以来,D-InSAR技术得到了大地测量界的广泛关注和研究,并取得了一系列重要的研究成果。D-InSAR技术可以在大面积范围内(100km×100km)监测地面的微小形变,具有不需要人员进入灾害地区测量的特点,相对于GPSGLONASS全球定位系统和经典的大地测量手段(高精度水准测量)而言,有着巨大的优势和广阔的应用潜力。另一方面,高精度水准和GPS技术只能监测有限的、离散的控制点,而D-InSAR一幅图像就可以控制1万平方公里的地表形变监测,其空间分辨率可达到5m×20m,这也是其它大地测量方法所不能比拟的。本文对D-InSAR技术的关键步骤和算法进行了详细的理论分析、算法研究和实例计算,研究内容主要包括以下几点: 一,深入地剖析了差分干涉测量的基本原理和数据处理方法,研究了相关参数在差分干涉过程中的作用和影响量级,引入了地形相位模糊度参数和形变相位模糊度参数,以及相应的解缠算子条件,建立了一个较完善的差分干涉测量数学模型,并在此基础上详细推导了二轨法,三轨法和四轨法差分干涉测量的参数方程。 二,分析了相位解缠方法的数学模型,并根据L~P范数框架对已有的相位解缠算法进行了分类总结。用实测的干涉条纹图,对开放源代码的各种相位解缠算法的性能进行了试验分析。结果表明,没有一种解缠算法能够解决相位解缠所碰到的所有问题,在实际应用中应视具体情况而定。 三,对西安市因过量抽取地下水导致的地表缓慢沉降做了深入的研究,利用已有的12幅SAR图像做了大量差分干涉测量的试验分析。结果显示,虽然存在时间去相关的影响,相隔超过一天以上的干涉图相关性下降很多,D-InSAR已经能够很好的应用于城市地区cm级的地面沉降监测。在本文研究的4个实例中,我们都提取到了地面沉降信息,这也显示了D-InSAR技术在地面沉降监测领域有着很好的应用前景。


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