顾及散射体高度的时间序列InSAR技术沉降监测应用研究

摘要

地面沉降是在自然及人为条件的影响下，由于地壳表层土体固结压缩而导致的区域性地面标高在一定时期内不断降低的一种地质现象，由于其影响范围广、持续时间长、成因复杂，防治难度大，目前已成为城市化进程中最主要的地质灾害之一。近年来已有较多时间序列InSAR技术在沉降监测中的研究，但目前其研究多是以平面为主，并未从高度层面对形变信息进行精细分析，因此本文将高度信息引入其中，开展了顾及散射体高度的时间序列InSAR技术沉降监测研究，并将其应用到京津城际高铁沉降分析中。主要开展工作如下：
　　（1）简要介绍了InSAR、DInSAR技术的基本原理，分析了影响DInSAR监测精度的失相干因素，总结了目前两种主流时间序列InSAR技术—永久散射体InSAR技术、小基线集InSAR技术的算法原理及处理流程，并分别分析了其优缺点。
　　（2）重点阐述了基于幅度离差及干涉相位信息统计分析的建筑物高度提取算法，并将其与多主影像相干目标小基线干涉技术（MCTSB-InSAR）相结合，提取了研究区的建筑物高度及形变反演结果。同时依据高度信息，区分散射体属性，对不同高度层面的形变信息做了精细分析。
　　（3）以京津高铁为例，通过高度信息对高速铁路沿线高相干目标进行筛选，获取了2009-2010年天津段及2011-2016年北京段的京津高铁沿线沉降信息，并对其进行分析。空间上，在平均沉降速率、不均匀沉降、坡度变化等方面针对高铁沿线（纵向）及垂直于线路方向（横向）进行了相关分析，结果表明研究区内京津高铁在相应时间段内处于安全运营状态。时间上，针对天津段分析了降水与高铁路基时间序列沉降变化的关系，实验分析显示二者具有一定的相关性；对北京段绘制了其时空演化进程的累计时间序列，自2011年至2016年底，京津高铁沿线最大累计沉降量可达-565mm。该研究对京津高铁的运营及维护具有一定的参考意义。

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Contents

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文章节安排

2 合成孔径雷达干涉测量原理

2.1 InSAR基本原理

2.2 常规DInSAR技术监测地表形变原理

2.3 时间序列InSAR技术关键问题分析

2.4 本章小结

3 时间序列InSAR技术高度提取及沉降监测研究

3.1 基于时间序列InSAR技术的高相干目标高度提取算法

3.2 MCTSB-InSAR技术形变监测原理

3.3 天津市高度提取及大区域地面形变反演实验

3.4 北京市高度提取及大区域地面形变反演实验

3.5 不同高度层面的形变反演研究

3.6 本章小结

4 京津高速铁路沉降监测

4.1 天津段京津高铁沉降监测分析

4.2 北京段京津高铁沉降监测分析

4.3 本章小结

5 总结与展望

参考文献

攻读硕士期间的主要研究成果

致谢