CRInSAR與PSInSAR聯(lián)合監(jiān)測(cè)礦區(qū)時(shí)序地表形變研究.pdf

1、我國是一個(gè)礦產(chǎn)資源分布密集，采礦活動(dòng)頻繁，礦山地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的國家。對(duì)礦區(qū)進(jìn)行長期、動(dòng)態(tài)的沉降監(jiān)測(cè)，可及時(shí)掌握礦區(qū)地表的移動(dòng)和破壞，對(duì)預(yù)防潛在地質(zhì)災(zāi)害具有重要意義。差分干涉測(cè)量技術(shù)(DInSAR)是近年來發(fā)展起來的一種新型的用于地表形變監(jiān)測(cè)的技術(shù)，然而DInSAR技術(shù)受時(shí)間與空間失相干影響嚴(yán)重，不符合礦區(qū)監(jiān)測(cè)的高精度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求。而永久散射體差分干涉測(cè)量(PSInSAR)與人工角反射器差分干涉測(cè)量(CRInSAR)技術(shù)均為基于高相干目標(biāo)

2、點(diǎn)的時(shí)間序列形變監(jiān)測(cè)手段，不受時(shí)間空間失相干嚴(yán)重影響，同時(shí)通過對(duì)相鄰兩目標(biāo)點(diǎn)之間的相位作差，可極大的減弱模型中大氣延遲相位的影響，因此本文旨在將這兩種技術(shù)結(jié)合起來，應(yīng)用于礦區(qū)沉降的監(jiān)測(cè)中，以提高礦區(qū)地表形變監(jiān)測(cè)的精度和可靠性。
　　 本文分別針對(duì)兩種技術(shù)的理論、處理流程、算法及可靠性評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行了系統(tǒng)詳盡的討論與闡述，提出一套PSInSAR與CRInSAR聯(lián)合解算算法流程，其中分別對(duì)CR點(diǎn)與PS點(diǎn)目標(biāo)的探測(cè)方法，PS-CR基線

3、網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)方案，PS-CR聯(lián)合解算算法的流程設(shè)計(jì)，基于線性形變差分模型和周期函數(shù)差分模型的建立以及時(shí)空維相位解纏算法進(jìn)行了深入的研究。本文的主要研究工作和貢獻(xiàn)如下:
　　 1、提出一種基于強(qiáng)度與相關(guān)系數(shù)綜合評(píng)定指數(shù)的CR點(diǎn)目標(biāo)識(shí)別方法。在RD模型定位的基礎(chǔ)上，綜合后向散射強(qiáng)度和相干系數(shù)提取CR點(diǎn)。應(yīng)用該方法在獲取的六景研究區(qū)域SAR影像上分別查找CR點(diǎn)位置，并將不同影像上相鄰CR點(diǎn)間距離進(jìn)行比較以驗(yàn)證結(jié)果準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該

4、方法探測(cè)CR點(diǎn)位置信息的誤差為1像元左右，不受自然環(huán)境限制，且避免了人為目視查找的誤差;
　　 2、設(shè)計(jì)了一套將相干系數(shù)閾值法，振幅離差指數(shù)閾值法與強(qiáng)度閾值法串行的PS點(diǎn)目標(biāo)識(shí)別方法，在研究區(qū)域的14景SAR影像中進(jìn)行應(yīng)用，并將幅度標(biāo)準(zhǔn)差，相位標(biāo)準(zhǔn)差和相干系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差作為PS候選點(diǎn)的穩(wěn)定性分析工具對(duì)探測(cè)出的PS候選點(diǎn)進(jìn)行了穩(wěn)定性分析;
　　 3、提出了針對(duì)PS-CR整體基線網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)方案及具體信息存儲(chǔ)算法，在此基礎(chǔ)上建立了

5、PS-CR基線網(wǎng)絡(luò)中任一基線邊的線性和周期性形變差分相位模型。具體采用Delaunay三角形附加距離限制原則進(jìn)行基線網(wǎng)絡(luò)布設(shè)，應(yīng)用鄰接矩陣模型方案以存儲(chǔ)基線網(wǎng)絡(luò)信息，同時(shí)解決了基線信息存儲(chǔ)中遇到的重復(fù)邊檢測(cè)難題;
　　 4、提出了PSInSAR與CRInSAR時(shí)空維解纏算法。將CR點(diǎn)上計(jì)算得出的形變參數(shù)值及高程改正值作為研究區(qū)域中PS-CR基線網(wǎng)絡(luò)的約束，進(jìn)而通過間接平差觀測(cè)法估計(jì)出PS網(wǎng)形變參數(shù)和高程改正值的全局最優(yōu)解。實(shí)現(xiàn)了

6、CRInSAR技術(shù)與PSInSAR技術(shù)的結(jié)合，可修正由于參考點(diǎn)選取不當(dāng)而出現(xiàn)的不合理抬升點(diǎn)，更加合理地反應(yīng)研究區(qū)域的真實(shí)沉降情況，同時(shí)可有效地應(yīng)用于研究區(qū)域內(nèi)無外部起算數(shù)據(jù)的情況，適用性更廣。
　　 5、提出一套完整的CRInSAR與PSInSAR聯(lián)合解算算法和流程，有效的將兩種技術(shù)結(jié)合，并分別應(yīng)用模擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)對(duì)提出的聯(lián)合解算算法流程進(jìn)行驗(yàn)證。通過模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，聯(lián)合算法流程結(jié)果可靠，加入了CR點(diǎn)約束后的形變速率

7、結(jié)果得到明顯改善，證實(shí)了算法理論上的可行性。在真實(shí)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)中，首次將聯(lián)合算法應(yīng)用于河南白沙水庫周邊礦區(qū)密集區(qū)，首先應(yīng)用線性速率模型對(duì)實(shí)驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行線性速率的探測(cè)，通過與傳統(tǒng)PSInSAR算法實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，證實(shí)了加入CR點(diǎn)約束后的算法可修正不合理抬升點(diǎn)，與水準(zhǔn)實(shí)測(cè)結(jié)果更加吻合;為了進(jìn)一步研究礦區(qū)時(shí)間序列沉降發(fā)育情況，實(shí)驗(yàn)提取了白沙水庫周邊區(qū)域進(jìn)行專門研究，并采用周期函數(shù)模型作為差分相位模型，結(jié)果表明白沙水庫周圍區(qū)域存在著較為明顯的沉降，在煤