基于Sentinel-1A卫星干涉数据的高原冻土交通走廊地表形变研究

摘要

青藏铁路和青藏公路贯穿多年冻土区，形成了交通走廊。冻土随温度季节的变化会发生形变，导致交通走廊沿线地表发生沉降和抬升，对路基的稳定产生不良影响。因此监测青藏高原冻土交通走廊地表形变显得尤为重要。以往通常采用水准测量和GPS监测地表形变位移，取得了一定成果。然而在青藏高原恶劣的环境条件下，无论是传统的水准测量，还是GPS测量，都需要大量的人力物力成本，作业效率不高。本文基于当前国际上前沿的InSAR技术，使用欧空局发射的Sentinel卫星拍摄的雷达影像对研究区进行监测，采用二轨法D-InSAR技术和短基线SBAS技术，监测了当雄县境内交通走廊宁中乡——乌玛塘乡段沿线地表形变。本文的主要工作有:
　　(1)根据国内外InSAR技术的研究现状，总结了目前适用于做InSAR的遥感卫星数据。分析了合成孔径雷达(SAR)的基本原理，以及干涉测量InSAR，差分干涉测量D-InSAR的技术方法，对D-InSAR监测灵敏度进行了分析，并指出了D-InSAR监测地表形变的影响因素，尤其是各类失相干因素，并进行了研究。
　　(2)选定了青藏线宁中乡——乌玛塘乡段作为研究区，对D-InSAR的关键步骤诸如影像配准、干涉图滤波、相位解缠进行了侧重研究，经比较选择了Goldstein滤波算法和Minimum Cost Flow解缠算法。
　　(3)针对研究区域依据时相季节选取了4组干涉对，做了4对D-InSAR差分干涉测量，得到地理编码之后的形变结果，并结合GIS空间分析绘制交通走廊沿线剖面图。分析了青藏高原冻土随季节变化的地表形变趋势:从春季到夏季温度升高，冻土层融沉，地表沉降;从秋季到冬季温度降低，冻土层冻胀，地表抬升。
　　(4)分析了常规D-InSAR监测形变的局限性，利用8景Sentinel-1A雷达影像对研究区做了SBAS-InSAR，8景数据共组合成28个干涉数据对，经过SBAS技术流程得出地理编码后的形变时序图，以及平均形变速率图，得出了研究区的平均形变速率。
　　(5)选取4个重点区域进行分析，分别得到各个区域的历史形变图。研究表明SBAS监测地表形变可以达到毫米级精度，根据冻土形变监测结果提出了减弱形变对工程影响的具体建议。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 选题背景与研究意义

1．2国内外研究现状

1．2．1国外研究现状

1．2．2国内研究现状

1．3主要研究内容与技术路线

1．4论文章节组织结构

2雷达干涉测量技术基础

2．1合成孔径雷达(SAR)技术

2．2雷达干涉测量(InSAR)技术

2．2．1 InSAR技术概述

2．2．2 InSAR技术处理流程

2．3雷达差分干涉测量(D-InSAR)技术

2．3．1 D-InSAR技术概述

2．3．2 D-InSAR监测地表形变的灵敏度

2．4 D-InSAR监测的影响因素分析

2．4．1干涉相位影响因素

2．4．2其他影响因素

2．5失相干分析

2．5．1干涉相干性

2．5．2失相干源

2．5．3时间失相干和空间失相干

2．6本章小结

3．1研究区概况

3．1．1研究区自然地理概况

3．1．2研究区域冻土特性

3．2数据源

3．2．2 SRTM DEM数据

3．2．3 Sentinel-1卫星精密轨道数据

3．3本章小结

4基于D-InSAR技术的研究区冻土地表形变研究

4．1．2干涉对选取

4．1．3影像配准

4．1．4干涉图滤波

4．1．5相位解缠

4．2 Sentinel-1A干涉数据处理

4．3试验结果分析

4．4 D-InSAR地表形变监测的局限

4．5本章小结

5 基于SBAS技术的研究区地表形变研究

5．1时间序列InSAR技术讨论

5．1．1永久散射体PS-InSAR技术

5．1．2短基线SBAS-InSAR技术

5．1．3两种时间序列InSAR技术对比

5．2基于短基线SBAS-InSAR的研究区冻土时序形变提取

5．2．1研究区数据以及数据处理

5．2．2研究区地表形变结果分析

5．2．3 SBAS技术的局限性

5．3 减弱冻土形变对工程影响的建议

5．4本章小结

6．1结论

6．2展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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