MT-InSAR技术在形变监测中的应用研究

作     者：简国辉 

作者单位：中国地质大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：洪友堂;谢酬

授予年度：2021年

学科分类：081803[工学-地质工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0816[工学-测绘科学与技术] 081602[工学-摄影测量与遥感] 

主      题：形变监测 MT-InSAR 相位解缠 大气改正 

摘      要：地质灾害频发对人民的生命财产安全构成重大威胁,严重影响经济和社会可持续发展,因此应该对重点区域进行形变监测从而尽早识别出地灾隐患点,这对于地质灾害的预警和处理具有重要意义。传统的水准和全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)测量技术受限于自身观测复杂度、观测成本和监测密度等因素,在大面积的形变监测中很难具体实施,而多时相合成孔径雷达干涉测量技术(Multi-temporal Synthetic Aperture Radar Interferometry,MT-InSAR)则具备进行大范围、全天时、全天候、较高精度地表形变监测的能力,特别适用于大面积地灾隐患点的识别。本论文主要应用小基线集(Small Baseline Subsets-InSAR,SBAS-InSAR)技术进行形变监测研究,在该技术数据处理流程中,相位解缠和大气改正是两个十分重要的环节。针对传统相位解缠结果中存在误差的情况,提出了分别利用空间域连续性条件和时间域相位三角关系来约束传统解缠结果的方法;针对大气改正中传统时空滤波方法依赖于数据本身是否满足空间域低通和时间域高通条件的限制,采取基于外部数据的欧洲中尺度气象预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)大气改正模型和线性经验模型来进行大气改正。最后将改进方法应用到贵州省大方县,验证了方法的有效性。本论文的主要研究内容和成果如下:(1)对传统解缠结果进行误差改正处理,并以时序残余相位的平均值和标准差作为评价指标,发现融合时空限制条件的综合误差改正方法最稳健可靠。(2)对原始差分干涉图进行了大气改正处理,从改正前后干涉图的相位连续性以及干涉相位标准差的变化出发,定量和定性地分析了两种模型的大气改正效果,发现两种模型的整体改正效果基本相当,局部细节改正方面,ECMWF大气改正模型结果更优,而线性经验模型的计算则更加简单。(3)以贵州省大方县城作为研究区域,利用覆盖该地区的9景C波段RADARSAT-2影像,采取改进的SBAS-InSAR技术进行时间序列形变分析,通过形变速率图发现,该地区最大下沉速率达到了5.7cm/y,并且存在3个比较明显的形变区域。基于时间序列形变信息,同时结合当地降水数据以及与光学遥感影像对照,对三个区域的形变特征和趋势进行分析,发现存在较大地灾隐患,需要重点关注。最后基于对方法改进前后得出的形变速率图作对比,发现改进后的形变信息体现的更加纯净明显,再一次验证了改进方法的有效性。