本文關鍵詞：基于高分辨率SAR影像的礦山地表大尺度形變監(jiān)測研究

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【摘要】：我國是礦業(yè)開采大國。開采礦產資源會引發(fā)地表沉降,嚴重威脅了建筑物、道路、水庫等設施的安全。因此,有必要對礦區(qū)開采過程中的形變變化進行實時、有效、全面地監(jiān)測。目前,常用的礦區(qū)地表形變監(jiān)測方法有GPS與水準測量,這些方法雖然精度較高,但是觀測點稀疏,無法提供地表形變的空間分布情況。并且,需要監(jiān)測人員進行實地監(jiān)測,費時費力還對人身安全造成威脅。發(fā)展于20世紀60年代的合成孔徑雷達干涉(InSAR)測量是一種新型的空間遙測技術,具有高精度、高分辨率、無接觸對地觀測優(yōu)勢,但是該技術在算法方面仍存在局限性:中低分辨率InSAR技術受時空失相關及大氣效應的影響很大,在地表植被覆蓋率高的地區(qū),很多SAR像對并不能生成干涉圖或者干涉圖質量很差。另外,在快速的大尺度沉陷礦區(qū),差分干涉圖中形變引起的相位梯度常常超出了可測范圍,導致礦山InSAR形變監(jiān)測遠遠沒有取得實際應用效果。在此基礎上發(fā)展起來的SBAS技術,能對雷達干涉對微小形變進行時間序列分析,從而可以實現(xiàn)長時間跨度的地表沉降監(jiān)測,但該技術也只能獲得雷達視線向(Line of Sight,LOS)的地表形變。對于水平方向的移動值監(jiān)測,可采用offset-tracking和子帶干涉技術,但目前這兩種技術的研究相對較少。本文針對礦區(qū)大尺度形變的InSAR監(jiān)測,進行了如下研究工作:(1)介紹了SBAS技術的基本原理與數(shù)據處理流程。以美國賓漢姆銅礦為研究對象,收集了9景ALOS PALSAR傳感器獲取的SAR數(shù)據,通過設置3年的時間基線閾值和1500m的空間基線閾值,選取了10個相干質量較高的干涉對,并對其進行二軌差分干涉處理,通過maltab編程提取了礦區(qū)2007年至2011年,時間跨度為4年的LOS方向的時間序列沉降信息,監(jiān)測到的最大沉降量達0.8m。通過與已有GPS、精密水準觀測資料對比發(fā)現(xiàn)兩者結果相互吻合,另外,通過SBAS技術監(jiān)測到了兩個形變較大的區(qū)域,且其形變速率有增大的趨勢,這與開采過程和沉陷設計預測結果基本一致�？梢�,SBAS技術可以精確、大面積監(jiān)測礦區(qū)LOS方向長時間跨度、大尺度地表沉降。(2)探討了offset-tracking技術和子帶干涉技術在監(jiān)測水平移動方面的能力,并進行了詳細的對比分析。首先,詳細闡述了offset-tracking技術和子帶干涉技術的基本原理與數(shù)據處理流程,然后,對兩景覆蓋賓漢姆銅礦區(qū),且相干性較高的影像對分別進行offset-tracking和子帶干涉處理,通過理論分析與對比驗證,發(fā)現(xiàn)offset-tracking和子帶干涉技術都可以監(jiān)測到形變區(qū)域方位向的大尺度形變,但是子帶干涉技術得到的結果穩(wěn)定性更高,相對于offset-tracking技術在獲取高精度的方位向大尺度形變結果方面具有更大的優(yōu)勢。(3)提出了一種子帶干涉時序分析技術,解決低相干影響監(jiān)測精度的問題,實現(xiàn)對礦區(qū)方位向大尺度地表沉降的監(jiān)測。首先,通過對比子帶干涉相干系數(shù)分布圖和原始干涉圖的相干系數(shù)分布圖,發(fā)現(xiàn)分帶造成的低相干現(xiàn)象是限制子帶干涉技術監(jiān)測精度的主要因素,為此,本文提出了一種基于子帶干涉的時序分析算法,基于7景覆蓋賓漢姆銅礦的PALSAR數(shù)據,依據小基線集理論,通過設置時間基線和垂直基線閾值為3年和1500m,選取出10個符合條件的子帶差分干涉圖,利用SBAS方法提取高相干點,保證其相干性,得到該礦4年中的方位向時間序列沉降信息,并同已有觀測資料對比,發(fā)現(xiàn)兩者結果吻合。實驗證明,子帶干涉時序分析算法充分發(fā)揮了子帶干涉技術不需要進行相位解纏、能獲取大尺度的方位向形變信息的優(yōu)勢,同時借助小基線集技術選取高質量相干圖及高相干點,可以有效地克服子帶干涉技術中存在的低相干問題。
【關鍵詞】：SBAS 子帶干涉 大尺度形變 沉降監(jiān)測
【學位授予單位】：湖南科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TD326
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 研究背景與意義11-12
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀綜述12-15
• 1.2.1 國內外利用SAR技術在礦區(qū)沉降監(jiān)測應用的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 SBAS技術研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 Offset-tracking技術研究現(xiàn)狀14
• 1.2.4 子帶干涉技術研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 研究內容與章節(jié)安排15-17
• 1.3.1 研究內容15
• 1.3.2 論文的章節(jié)安排15-17
• 第二章 InSAR/DInSAR技術的基本原理17-33
• 2.1 InSAR技術的基本原理17-20
• 2.1.1 InSAR技術的幾何原理17-18
• 2.1.2 InSAR系統(tǒng)中的重要參數(shù)18-19
• 2.1.3 InSAR數(shù)據處理流程19-20
• 2.2 DInSAR技術的基本原理20-25
• 2.2.1 DInSAR技術的幾何原理20-21
• 2.2.2 DInSAR技術監(jiān)測的主要方法21-22
• 2.2.3 DInSAR技術數(shù)據處理流程22-23
• 2.2.4 傳統(tǒng)DInSAR技術的局限性23-25
• 2.3 二軌法DInSAR在資興唐煤礦區(qū)的實驗25-32
• 2.3.1 資興唐煤礦區(qū)的概況25-26
• 2.3.2 唐煤礦區(qū)實驗數(shù)據介紹26-28
• 2.3.3 D-InSAR監(jiān)測數(shù)據處理分析28-32
• 2.4 本章小結32-33
• 第三章 基于SBAS技術的礦山地表形變測量33-48
• 3.1 SBAS技術33-36
• 3.1.1 SBAS技術的基本原理33
• 3.1.2 最小二乘方法與奇異值分解33-35
• 3.1.3 形變時間序列的獲取35-36
• 3.2 實驗區(qū)概況與實驗數(shù)據36-38
• 3.2.1 實驗區(qū)概況36-37
• 3.2.2 實驗數(shù)據選取37-38
• 3.3 基于SBAS技術的礦山地表形變監(jiān)測實驗38-45
• 3.3.1 數(shù)據處理38-43
• 3.3.2 結果分析與討論43-45
• 3.4 本章小結45-48
• 第四章 offset-tracking技術與子帶干涉技術48-58
• 4.1 offset-tracking技術48-51
• 4.1.1 offset-tracking技術的基本原理48-49
• 4.1.2 offset-tracking技術的數(shù)據處理流程49-50
• 4.1.3 offset-tracking技術在形變監(jiān)測中的應用50-51
• 4.2 子帶干涉技術51-53
• 4.2.1 子帶干涉技術的基本原理51-52
• 4.2.2 子帶干涉技術數(shù)據處理流程52-53
• 4.2.3 子帶干涉技術在形變監(jiān)測中的應用53
• 4.3 結果分析與對比53-56
• 4.4 本章小結56-58
• 第五章 基于子帶干涉時序分析技術的礦山地表形變監(jiān)測58-64
• 5.1 子帶干涉時序分析技術58-59
• 5.1.1 子帶干涉技術的局限性58
• 5.1.2 子帶干涉時序分析技術數(shù)據處理流程58-59
• 5.2 子帶干涉時序分析技術實驗59-61
• 5.3 結果分析與討論61-62
• 5.4 本章小結62-64
• 第六章 結論與展望64-68
• 6.1 研究內容總結64-65
• 6.2 研究中存在的問題65-66
• 6.3 未來工作的展望66-68
• 參考文獻68-74
• 致謝74-76
• 附錄:攻讀碩士學位期間論文發(fā)表情況及參與項目76

【參考文獻】

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本文編號：602648