基于PS-InSAR技术的地面沉降监测研究及应用

摘要

随着经济的快速发展和城市的急速扩张，人们对地下资源的消耗明显加剧，进而加剧了地面沉降灾害的影响，而防治地面沉降灾害最有效的措施之一就是长期对地面沉降进行监测。　　地面沉降监测中常用的方法主要有精密水准测量和 GPS测量等，这些方法都有其自身的优点，但是在大区域的地面沉降监测中都会消耗大量的人力和物力，而作为近些年来发展起来的合成孔径雷达差分干涉测量(D-InSAR)，因其主动式、全天候等特征被越来越多的应用到地面沉降监测当中，但是由于受到失相干和大气效应的影响，差分干涉测量在实际应用中受到很大的限制。为了克服这些影响因素所提出的InSAR时间序列分析方法—永久散射体差分干涉测量技术(PS-InSAR)，在首次应用成功之后就得到了广泛的关注。基于此，本文围绕PS-InSAR技术在城市地面缓沉降监测问题展开相关研究，选取美国那加州洛杉矶地区为实验对象，利用PS-InSAR技术反演出该地区2003-2007年间的最大沉降量为15.93cm，最大沉降速率为-3.81cm/a，与该地区的部分GPS监测站历史监测数据互差在±2cm之内。　　本文从介绍合成孔径雷达的成像原理开始，系统地阐述了合成孔径雷达干涉测量技术测高、差分干涉测量技术监测地表形变以及永久散射体差分干涉测量技术监测地表沉降的原理。重点介绍了永久散射体差分干涉测量技术中的公共主影像选取、影像配准和永久散射体(PS)识别等关键技术，并进行相关实验加以实现。根据研究区2003年10月到2007年11月的18景ENVISAT ASAR数据，计算出每景SAR影像的综合相干系数来进行主影像的选取，然后结合外部DEM数据和精确轨道数据，根据选定的主影像进行干涉处理，再利用双重阈值法进行永久散射体（PS点）的优化选取，最后对提取出的PS点进行差分干涉处理、构网和相位解缠等一系列处理，得到实验区的PS点沉降量以及沉降速率。然后将反演得到的研究区 PS点沉降量结合该区域地下水位数据进行关联性分析，并与 GPS历史监测数据进行精度验证，结果表明本文利用PS-InSAR技术反演的沉降监测结果可靠。

目录

声明

1 绪论

1.1研究的背景和意义

1.2研究现状

1.3研究内容

1.4论文组织

2 合成孔径雷达技术原理

2.1 SAR成像原理

2.2 SAR干涉测量基本原理

2.3 差分干涉测量（D-InSAR）技术原理

2.4 D-InSAR技术在应用中的限制因素

2.5 本章小结

3 永久散射体差分干涉测量

3.1 概述

3.2 PS-InSAR技术原理

3.3 PS-InSAR技术流程

3.4 PS-InSAR数据处理中的关键技术

3.5 PS-InSAR技术的特点

3.6 本章小结

4 研究区概况与数据说明

4.1 研究区背景

4.2数据资料

4.3本章小结

5 PS-InSAR技术在研究区地面沉降监测中的应用研究

5.1 PS-InSAR技术实现软件介绍

5.2数据预处理

5.3 PS-InSAR数据处理

5.4 PS点监测结果

5.5 研究区沉降结果与地下水位的关联性分析

5.6 PS点监测结果精度分析

5.7 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献