聯(lián)合干涉測(cè)量和像素偏移量估計(jì)提取大形變梯度地表位移.pdf

1、地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重威脅著人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，已成為影響區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。特別是板塊運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的地震以及地質(zhì)構(gòu)造、地形與氣候因素的交互影響引發(fā)的山體滑坡等劇烈地表變化造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失最為顯著。因此，對(duì)此類重大地質(zhì)災(zāi)害造成的大梯度地表形變進(jìn)行及時(shí)、全面的監(jiān)測(cè)與分析已經(jīng)變得刻不容緩。積極發(fā)展新型對(duì)地觀測(cè)技術(shù)，完善相關(guān)監(jiān)測(cè)方法體系，提高我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警以及災(zāi)后治理能力，對(duì)維護(hù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和保障人類生產(chǎn)活動(dòng)得以順利進(jìn)行具有十分重

2、要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　合成孔徑雷達(dá)差分干涉測(cè)量(Differential Interferomertric Synthetic Aperture Radar，DInSAR)是上世紀(jì)末開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的新型對(duì)地觀測(cè)技術(shù)，以其擁有精度高、監(jiān)測(cè)范圍廣、快速高效、不受時(shí)間天氣限制等諸多優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用于火山、地震、滑坡、冰川以及城市地表沉降等多個(gè)領(lǐng)域。但是，DInSAR仍然存在易受時(shí)間、空間失相干而無(wú)法探測(cè)到有效數(shù)據(jù)等缺陷;且受到雷達(dá)成像幾何的

3、限制，DInSAR監(jiān)測(cè)結(jié)果僅能反映地物目標(biāo)沿雷達(dá)視線方向(Line of sight，LOS)的相對(duì)形變量，僅依靠單平臺(tái)SAR數(shù)據(jù)無(wú)法恢復(fù)地表真實(shí)三維位移。
　　像素偏移量估計(jì)(Offset-tracking)技術(shù)基于SAR影像強(qiáng)度信息通過(guò)多級(jí)配準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)亞像元級(jí)精度的方位向和距離向二維地表形變偏移量信息獲取，可以克服DInSAR的一維局限性。且該技術(shù)對(duì)SAR影像相干性不敏感，一定程度上可以抵御失相干造成的信息無(wú)法獲取等問(wèn)題。但是相對(duì)

4、于DInSAR技術(shù)而言，Offset-tracking還不成熟且其精度依賴于SAR影像分辨率。因此同時(shí)聯(lián)合DInSAR和Offset-tracking兩種技術(shù)監(jiān)測(cè)地表形變，可互補(bǔ)兩種技術(shù)不足，實(shí)現(xiàn)在不引入外部數(shù)據(jù)的前提下，僅利用SAR影像對(duì)地表真實(shí)三維形變的恢復(fù)。
　　本文的研究將基于SAR影像自身相位和強(qiáng)度信息，聯(lián)合現(xiàn)代空間對(duì)地觀測(cè)技術(shù)——合成孔徑雷達(dá)差分干涉測(cè)量與像素偏移估計(jì)，針對(duì)雅安山區(qū)滑坡多發(fā)區(qū)域與2015年4月尼泊爾Mw

5、7.8級(jí)強(qiáng)地震兩個(gè)具有代表性的大形變梯度地質(zhì)災(zāi)害開(kāi)展研究。主要工作涉及以下三個(gè)方面:
　　1.基于11景升軌RadarSAT-2數(shù)據(jù)源利用Offset-tracking技術(shù)，探測(cè)雅安地區(qū)地表形變的方位向和距離向形變時(shí)間序列，并針對(duì)監(jiān)測(cè)滑坡點(diǎn)詳細(xì)分析驗(yàn)證。研究中完善了時(shí)序Offset-tracking技術(shù)形變場(chǎng)提取流程。
　　2.針對(duì)DInSAR和Offset-tracking各有的局限性，建立了融合LOS向干涉觀測(cè)量和方位向

6、像素偏移觀測(cè)量的最小二乘解算模型，實(shí)現(xiàn)兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。并依據(jù)真實(shí)地震形變場(chǎng)以及衛(wèi)星參數(shù)信息，模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，證明了多觀測(cè)量三維模型的可靠性和有用性。
　　3.選取尼泊爾地震研究區(qū)采用Sentinel-1A升/降軌數(shù)據(jù)，分別利用DInSAR技術(shù)和Offset-tracking技術(shù)獲取區(qū)域內(nèi)LOS向和方位向同震形變場(chǎng)。聯(lián)合多角度觀測(cè)量恢復(fù)升/降軌公共區(qū)域內(nèi)真實(shí)三維同震形變場(chǎng)。并證明了僅依據(jù)SAR影像自身，在不引入外部數(shù)據(jù)的前