基于InSAR技术的石窟寺区域地表形变监测与研究

作     者：张雄 

作者单位：兰州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：和法国

授予年度：2023年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081802[工学-地球探测与信息技术] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0837[工学-安全科学与工程] 081602[工学-摄影测量与遥感] 0816[工学-测绘科学与技术] 

主      题：InSAR技术 GNSS 地表形变 石窟寺保护 

摘      要：石窟寺区域地表形变监测是石窟寺长期保护的一项重要措施。传统的监测技术如水准测量法,其外业量大、监测周期长、监测成本高,在石窟寺区域地表形变监测领域应用效果较差。近几十年新兴发展的合成孔径雷达干涉测量(In SAR)技术依靠其成本低、空间连续性好、可持续性强等优点成为了解决区域地表形变监测的重要方法。随着时序In SAR技术的发展,传统差分In SAR技术由于大气扰动、时空失相关等因素造成形变监测精度和可靠性方面的缺陷得到了极大的改善,其中小基线集In SAR技术在影像数据少的大范围山区地表形变监测中展现出一定优势。本文首先利用差分In SAR技术对安岳石窟(圆觉洞)区域进行地表形变监测,分析四川泸定6.8级地震对研究区的影响,然后利用小基线集In SAR技术对庆阳北石窟寺区域进行地表形变监测,分析研究区长时序的形变规律以及造成形变的原因,最后结合GNSS技术与In SAR技术分别得到的庆阳北石窟寺区域地表形变监测结果进行对比分析。主要研究内容和结论如下:(1)以安岳石窟(圆觉洞)为研究对象,利用2022年8月28日和2022年9月9日地震前后的两景Sentinel-1数据,基于差分In SAR技术获得了研究区在四川泸定6.8级地震后的地表形变信息。结果表明:安岳石窟区域地表形变结果在-0.027～0.006m之间,未发现明显形变区域,验证了In SAR技术在石窟寺区域地表形变监测的可行性以及差分In SAR技术在明显地表形变监测中的优势。(2)以庆阳北石窟寺为研究对象,利用2020年1月18日至2022年6月12日的36景升轨Sentinel-1数据,基于小基线集In SAR技术获得了研究区LOS向地表形变信息。结果表明:研究区整体年平均形变速率较小,集中在-12.9～18.0mm/a之间,其分布规律不明显且空间差异性较大。研究区地表形变呈季节性变化的规律,在降雨量达到峰值的7-9月份形变最为明显,且呈现出延蒲茹两河流域以及公路线路分布的特征,对北石窟寺区域的稳定性产生了一定影响。结合研究区赋存环境等相关资料,分析北石窟寺区域地表形变产生的原因,验证了In SAR技术在石窟寺区域地表形变监测的可行性以及小基线In SAR技术在长期缓慢地表形变监测中的优势。(3)以庆阳北石窟寺为研究对象,利用GNSS监测系统获取了研究区在2021年9月至2022年1月23日期间监测数据,并利用四分位距法对监测数据进行粗差处理,以消除噪声、冗余数据等对监测结果的影响,并利用最小二乘法对处理后的监测数据进行多项式拟合,得到监测数据的线性模型。将In SAR技术形变监测结果与GNSS技术形变监测结果进行对比,得出了两种方法得到的监测结果趋势一致且呈高度相关的结论,验证了In SAR技术在石窟寺区域地表形变监测结果的可靠性。