基于SVD的多卫星平台MT-InSAR形变时序融合最优条件分析与新成陆区固结沉降模型研究

作     者：丁敬钊 

作者单位：华东师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵卿

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0816[工学-测绘科学与技术] 081602[工学-摄影测量与遥感] 

主      题：MT-InSAR 地表形变 新成陆区 形变模型 

摘      要：多时相合成孔径雷达干涉测量技术(Multi-temporal In SAR,MT-In SAR)能够提取高精度、高时空分辨率的地表形变信息,已被广泛应用于地表形变监测。得益于不断增加的新的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)卫星,融合多卫星平台MT-In SAR形变时序可以使得获取新成陆区长达几十年的不均匀时序地表形变场成为可能。奇异值分解(SVD)已经被证明是一种可以有效融合有时间重叠的MT-In SAR形变时序的方法。本研究分析了基于SVD方法进行有时间重叠的MT-In SAR形变时序融合过程中的最优条件。新成陆区固结沉降土力学模型能够对有时间间隔的MT-In SAR形变时序进行有效融合,本研究验证了多卫星平台MT-In SAR形变时序约束的新成陆区固结沉降土力学模型在时间间隔期对形变时序模拟的准确性,以及该模型在不同新成陆区地表形变模拟的适用性。本研究以上海新成陆区为研究区,分析了基于SVD方法融合有时间重叠的多卫星平台MT-In SAR形变时序的最优融合条件。基于2013年12月至2016年3月期间获取的覆盖上海新成陆区的COSMO-Sky Med(CSK)和2015年2月至2019年1月Sentinel-1A(S1A)合成孔径雷达卫星影像时序(分别有61和47景数据),首先通过小基线集(Small Baseline Subset,SBAS)方法和雷达卫星视角获取了上海新成陆区垂直向MT-In SAR形变时序。进而通过奇异值分解法(SVD)融合了有时间重叠的CSK和S1A MT-In SAR形变时序,并按照倒序删减CSK MTIn SAR形变数据和正序删减S1A MT-In SAR形变数据两种策略,探讨了CSK和S1A MT-In SAR形变时序融合的最优条件。研究结果表明,CSK和S1A两个待融合形变时序需要其中一个形变时序在重叠时段内至少保留5个形变数据,才能保证融合后的形变时序的精度偏差在5mm内。过往研究使用两个有时间间隔的SAR数据集:2007年2月至2010年9月的ENVISAT ASAR(ENV)数据集和2013年12月至2016年3月的COSMOSky Med(CSK)数据集,通过新成陆区固结沉降土力学模型融合生成了长达9年的上海新成陆区地表形变时序。然而,在2010年9月至2013年12月的时间间隔内,只用新成陆区固结沉降土力学模型模拟了2010年9月至2013年12月的地表形变过程,模拟的有效性和准确性有待验证。本文通过使用第三个独立的SAR数据集:2012年1月至2016年10月的Radarsat-2(RST-2)数据集(部分覆盖了ENV和CSK数据的时间间隔),分析了时间间隔期内新成陆区固结沉降土力学模型拟合值与RST-2 MT-In SAR形变时序的一致性,证实了新成陆区固结沉降土力学模型在时间间隔期对新成陆区地表形变模拟的有效性和准确性。为了验证新成陆区固结沉降土力学模型对其它新成陆区地表形变模拟的适用性,本研究将研究区拓展到珠江三角洲的深圳新成陆区。基于升轨、降轨ENV(2007年6月至2010年4月)和升轨S1A(2019年6月至2020年6月)三组SAR数据集,获得了深圳新成陆区地表形变时序。进而通过最小加速方法(Minimum Acceleration,Min A)融合升、降轨ENV形变时序获取了研究区垂直向和东西向形变时序,并利用垂直向形变时序估计了新成陆区固结沉降土力学模型、对数形变模型、指数衰减形变模型三种模型的最优拟合参数,以预测深圳新成陆区地表形变的未来演变。通过对比模拟预测值和S1A MT-In SAR测量值,结果表明新成陆区固结沉降土力学模型和对数形变模型的地表形变预测结果更为合理。证实了新成陆区固结沉降土力学模型同样适用于模拟深圳新成陆区的地表形变过程。