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InSAR地表形变提取与预测研究

InSAR地表形变提取与预测研究

作者：朱玉岩哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

地表形变是一种由于地震、火山等自然灾害或者地下水抽取、地下采矿等人为活动造成的现象。该现象频频发生，严重威胁人民生命财产安全。合成孔径雷达干涉测量技术具有全天候、分辨率高、监测尺度大和精度高等优势，非常适合地表形变监... 详细信息

地表形变是一种由于地震、火山等自然灾害或者地下水抽取、地下采矿等人为活动造成的现象。该现象频频发生，严重威胁人民生命财产安全。合成孔径雷达干涉测量技术具有全天候、分辨率高、监测尺度大和精度高等优势，非常适合地表形变监测。而神经网络是一种时间序列数据预测的有效手段，可以对合成孔径雷达干涉测量获取的形变数据进行预测，达到预防灾害的目的。因此，研究利用合成孔径雷达干涉测量和神经网络，对福建省福州市城市区域、波兰鲁德纳和中国淮南矿区进行了形变提取和预测，同时对比了永久散射体合成孔径雷达干涉测量和小基线集合成孔径雷达干涉测量方法的效果，以及3种大气误差处理方法的异同，获得的主要研究结果如下：　　（1）研究了合成孔径雷达对福州城区的形变监测问题。针对福州城区缺乏近年形变监测的问题，基于2017年至2022年的Sentinel-1数据，利用永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术对福州城市区域进行了监测。发现了该区域存在4处线性形变区，且累积形变量都超过了30毫米。能够弥补福州区域近年形变观测不足的问题，具有为该地区灾害的预防和管理提供参考的意义。　　（2）研究了矿区形变如何导致地震、淹没等次生灾害的问题。针对矿区形变与其导致的地震、淹没等灾害关系不明的问题，基于Sentinel-1数据并利用永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术及小基线集合成孔径雷达干涉测量技术，对波兰鲁德纳和中国淮南的矿区进行了监测。得到了波兰鲁德纳矿区沿升轨和降轨两个观测方向的形变速率，并对比了三种大气误差校正方法的区别。结果显示，波兰鲁德纳矿区累积形变量达到200毫米，且伴随数次地震现象。中国淮南矿区存在多个形变漏斗，累积形变量超过了1000毫米，且这些形变导致了地表水体扩张。具有理解采矿活动如何影响地震、淹没等次生灾害的意义，能够监测采矿导致的形变及其造成的相关灾害。　　（3）研究了神经网络矿区形变预测问题，提出了一组能够应用于波兰和淮南矿区形变预测的神经网络参数。针对目前缺乏利用神经网络预测波兰和淮南矿区特殊形变的问题，利用全连接神经网络预测了波兰和淮南地区的形变。发现了神经网络能够以30毫米内的误差，预测波兰矿区地震后形变的趋势，且能够以10毫米内的误差预测淮南矿区多种形变模式。预测了淮南矿区从观测结束至2024年7月的形变，具有为该地提供形变预测信息的意义。

关键词：遥感图像合成孔径雷达神经网络地表形变

深度循环神经网络时序InSAR地表形变多尺度时空预测方法

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深度循环神经网络时序InSAR地表形变多尺度时空预测方法

作者：姚圣兰州交通大学

学位级别：硕士

北京平原地区承载着密集的建筑、发达的交通以及大量的人口,对该区域地表形变进行时空监测和预测至关重要。随着深度学习技术的发展,基于深度学习的合成孔径雷达干涉测量(InSAR)地表形变时空预测已成为研究热点。然而,已有的InSAR地表... 详细信息

北京平原地区承载着密集的建筑、发达的交通以及大量的人口,对该区域地表形变进行时空监测和预测至关重要。随着深度学习技术的发展,基于深度学习的合成孔径雷达干涉测量(InSAR)地表形变时空预测已成为研究热点。然而,已有的InSAR地表形变深度学习时空预测模型预测结果可靠性低且存在有效预测时间短等问题。本研究首先利用小基线子集InSAR(SBAS-InSAR)技术监测北京平原2017年5月至2020年5月的时序地表形变;然后基于时序InSAR地表形变数据构建深度循环神经网络地表形变多尺度时空预测模型,包括基于时间分布全连接-循环神经网络(TDFC-RNN)的地表形变大尺度时序预测模型和基于卷积循环神经网络(Conv RNN)的地表形变精细尺度时空预测模型;最后基于提出的模型对北京平原研究区和重点区域未来的地表形变进行大范围和精细尺度的时空预测。具体研究内容与主要结论如下:(1)利用SBAS-InSAR技术获取了2017-2020年北京平原地区的时序InSAR地表形变数据,基于内部精度和水准数据验证了InSAR结果的可靠性。结果显示,北京平原东城区、西城区、石景山区、丰台区等区域的地表形变基本呈现稳定状态;但昌平区东南部、海淀区西北部、朝阳区东部、通州区西北部、顺义区西南部、大兴区南部等区域均存在不同程度的地面沉降,其中海淀区西北部、朝阳区东部、通州区西北部地面沉降严重,而朝阳区东部地面沉降最为严重。鉴于此,选取朝阳区东部和通州区西北部区域作为重点区域用于后续精细尺度时空预测研究。(2)构建了基于RNN搭建的TDFC-RNN大范围地表形变时空预测模型,预测了北京平原未来地表形变变化趋势。对时序InSAR数据进行网格采样、差分、标准化与数据集划分等预处理,基于RNN搭建以Encoder-Predictor-Decoder框架模式为主干网络的TDFC-RNN地表形变时序预测模型,并且加入了新提出的时序注意力机制模块进行评价指标的性能对比。各项指标表明,提出的地表形变时空预测方法优于传统机器学习方法,同时对后续时间步的预测结果符合研究区地表形变的未来发展趋势,验证了提出的TDFC-RNN大范围地表形变时空预测模型稳定可靠,时序预测结果可信。(3)构建了基于Conv RNN神经网络的精细尺度地表形变时空预测模型,预测了重点区域(朝阳-通州强烈沉降区)地表形变时空趋势。为了获得更加精确的地表形变预测结果,模型需要能够对空间邻域特征进行更为精确的提取。同时,针对研究区内的显著形变区域进行更加精细化的监测与制图时,其所需的边界形状也往往更加规整。通过对时序InSAR数据进行网格采样、空值填充、分段函数拟合数值压缩与数据集划分等预处理,以Conv RNN为核心搭建以Encoder-Predictor-Decoder框架模式为主干网络的地表形变时空预测模型,其中Conv RNN层均为双向(Bidirectional)设计,包括多种Conv RNN变体,并进行了模型性能指标的对比。结果表明,构建的精细尺度Conv RNN时空预测模型性能较好且稳定,其预测结果在空间上的细节更加直观丰富,表明提出的Conv RNN精细尺度InSAR地表形变时空预测模型可靠和可信,便于后续研究精细尺度地表形变时空预测。

关键词：地表形变 SBAS-InSAR 时空预测循环神经网络卷积循环神经网络

基于InSAR的西安市地表形变对地下水变化响应研究

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基于InSAR的西安市地表形变对地下水变化响应研究

作者：王龙燕长安大学

学位级别：硕士

20世纪70年代以来,由于城市的快速发展和人口的大规模增长,西安市承压地下水遭受了长期超采,导致地下水头不断下降,从而引发了严重的地面沉降。不均匀的地面沉降不仅会影响西安市建筑物的稳定性和地铁、桥梁等交通设施的安全性,还会对... 详细信息

20世纪70年代以来,由于城市的快速发展和人口的大规模增长,西安市承压地下水遭受了长期超采,导致地下水头不断下降,从而引发了严重的地面沉降。不均匀的地面沉降不仅会影响西安市建筑物的稳定性和地铁、桥梁等交通设施的安全性,还会对地下管道、排水系统等基础设施造成损害。因此,开展西安市长时序地面沉降监测,厘清其时空演化特征,揭示承压地下水变化对地面沉降的影响机理,对西安市地面沉降灾害预防和治理具有重要的意义。小基线集(Small Baseline Subset,SBAS)技术不仅可以提供高分辨率、广覆盖范围的监测数据,而且能够克服时空失相干的问题,进行长时间稳定的地表形变监测,有利于研究地表形变的时空演化特征。因此,本文基于SBAS技术,对西安市地表形变进行监测,并分析其驱动因子;同时结合承压地下水分析地表形变对地下水变化的响应关系及估算其含水层参数。本文的主要研究成果如下:(1)基于SBAS技术获取了西安市2003-2005、2007-2010、2009-2010和2015-2022年四个时期的年均形变速率结果。结果表明,地面沉降主要分布在西安市西南部区域,呈现以鱼化寨、电子城、三爻村-凤栖原为中心的三个沉降漏斗。其整体沉降速率和范围呈现缓慢-加速-再变缓的变化趋势,且2015-2022年间西安大雁塔、电子城等部分区域出现了明显的抬升信号。(2)分析了地表形变对承压地下水变化的响应关系。由于弱透水层的垂直导水率较低,西安市地表形变时间存在滞后性,因此估算了西安市地表形变滞后时间,发现滞后时间均在半年以内。同时,将估算结果校正形变时间,发现西安市地表形变与承压地下水变化呈现较好的一致性,其主要由承压含水系统弹性压缩/膨胀引起。然后基于谐波函数提取了西安市南郊区域2009-2021年地表形变的季节性变化。结果表明,南郊区域季节性形变幅度为1mm～9mm,除鱼化寨季节性形变幅度呈现先增大后减小的趋势外,其余区域均呈现逐渐减小的趋势;其沉降中心的季节性形变峰值时间集中在1-3月份,稳定区域峰值时间集中在7-9月份。(3)利用合成孔径雷达干涉(Synthetic Aperture Radar Interferometry,InSAR)形变监测结果和水头观测资料估算了西安市38个承压监测井位的骨架释水系数。研究发现西安市弹性骨架释水系数主要介于0.005-0.01区间,且表现出较强的空间差异性,研究区西北区域的弹性骨架释水系数明显高于其他区域。另外,地裂缝两侧弹性骨架释水系数也存在明显差异。

关键词：地表形变承压地下水 SBAS 季节性形变弹性骨架释水系数

地表形变D-InSAR监测方法及关键问题分析

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国土资源遥感 2007年第4期19卷 14-22页

作者：葛大庆王艳范景辉刘圣伟郭小方王毅中国国土资源航空物探遥感中心北京100083

总结和分析了地表形变D-InSAR监测的主要方法和当前所面临的主要问题。针对常规D-InSAR技术中大气相位和低相干区域相位解缠,分别介绍了基于Delaunay三角网的不规则格网解缠方法、累积干涉纹图处理方法(Stack ing Interferogram s)、永... 详细信息

总结和分析了地表形变D-InSAR监测的主要方法和当前所面临的主要问题。针对常规D-InSAR技术中大气相位和低相干区域相位解缠,分别介绍了基于Delaunay三角网的不规则格网解缠方法、累积干涉纹图处理方法(Stack ing Interferogram s)、永久性散射体(PS)技术以及角反射器干涉测量(CR-InSAR)方法,分析了各自的适用条件和优缺点。此外,对有限数据量条件下低相干区域大气相位校正和相干目标识别等问题进行了重点讨论。立足于工程应用需要,分别对D-InSAR测量地表形变的参数要求、测量结果的精度验证、D-InSAR测量值与形变的关系、大区域处理以及形变场时空演变等问题进行了分析和讨论。

关键词： D-InSAR 地表形变失相干大气波动相干目标

基于时序InSAR技术的青藏高原不同热稳定状态的多年冻土地表形变特征分析

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基于时序InSAR技术的青藏高原不同热稳定状态的多年冻土地表形变...

作者：陈家利兰州大学

学位级别：硕士

青藏高原是中低纬度地带多年冻土主要分布区和气候变化敏感区,该区域多年冻土在过去几十年发生了各种程度的退化,因此开展多年冻土地表形变监测有助于进一步了解全球变暖背景下青藏高原多年冻土的退化特征。其中,合成孔径雷达干涉测量（... 详细信息

青藏高原是中低纬度地带多年冻土主要分布区和气候变化敏感区,该区域多年冻土在过去几十年发生了各种程度的退化,因此开展多年冻土地表形变监测有助于进一步了解全球变暖背景下青藏高原多年冻土的退化特征。其中,合成孔径雷达干涉测量（Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR）技术是当前大范围监测由活动层冻胀融沉导致的地表形变的主要手段。研究表明,青藏高原的多年冻土主要呈现五种不同的热稳定状态（极稳定型、稳定型、亚稳定型、过渡型和不稳定型）,表明青藏高原地区高海拔多年冻土的长期稳定性和易退化程度存在显著差异。然而,当前基于InSAR技术的地表形变研究并未考虑多年冻土热稳定状态的差异及影响,使得在大尺度范围内的冻土形变监测研究对形变模式的解析不充分,因此对不同热稳定状态的多年冻土形变量级进行量化与特征解析显得尤为重要。本研究选取了青藏高原热稳定性不同的三个多年冻土区为研究区,利用Sentinel-1A卫星的降轨SAR数据,基于SBAS-InSAR技术获取了2018年3月至2021年2月各个研究区近三年的地表形变时序特征。在此基础上,通过得到的累积形变量和线性形变速率解析了不同热稳定状态多年冻土区地表形变的时空分布特征,并利用周期形变模型拟合季节形变振幅与年际形变速率两个形变量级参数,量化与解析了不同热稳定状态多年冻土区地表形变的量级与特征。主要研究结果包括:（1）以不稳定型和过渡型多年冻土区为主的黑河上游野牛沟多年冻土区近三年的整体形变较为稳定,季节形变振幅大部分在9.5 mm以内,平均值为3.3 mm,年际形变速率主要集中在-15.1～15 mm/yr,平均值为-0.1 mm/yr。发生沉降的区域主要集中在野牛沟河上游两侧的不稳定型多年冻土区,沉降区伴随明显的周期性循环特征。季节形变振幅随坡度角变化明显,且北坡的季节形变量最大,但年际形变速率与地下含冰量和年均地温的相关性不显著,季节形变振幅和年际形变速率在一定程度上互为控制因素。（2）以过渡型和亚稳定型多年冻土为主的楚玛尔河研究区近三年整体存在明显的沉降趋势,且经历着非常明显的随季节变化的周期性冻融循环过程,季节形变振幅大部分在25.8 mm以内,平均值为12.9 mm,年际形变速率主要集中在-17.6～5.5 mm/yr,平均值为-6.1 mm/yr。沉降量较大的区域主要分布在昆仑山脉以南卓乃湖以北的山区、卓乃湖以东的约巴西沟、错达日玛湖和多尔改错湖以北的山坡及风火山以北等地区,存在亚稳定型比过渡型多年冻土区的地表沉降速率更大的情况。季节形变振幅随坡度角变化明显,且北坡的季节形变量最大,含冰量越高或年均地温越低的区域地表沉降速率越大,当季节形变振幅小于20 mm时可以作为年际形变速率的控制因素之一。（3）以亚稳定型和稳定型多年冻土为主的格尔木研究区近三年整体线性形变趋势明显,季节形变振幅大部分在8 mm以内,平均值为3.7 mm,年际形变速率主要集中在-23～10 mm/yr,平均值为-6.5 mm/yr。沉降量较大的区域主要分布于昆仑山山麓的稳定和亚稳定型冻土区以及东北角的过渡型与不稳定型冻土区,存在稳定型比不稳定型多年冻土区的地表沉降速率更大的情况。季节形变振幅随坡度角变化明显,北坡和南坡的季节形变量最大,季节形变振幅和年际形变速率不互为控制因素。（4）热稳定状态整体较差的野牛沟研究区地表发生的累积形变量并不大,主要沉降区属于不稳定型的多年冻土,沉降区的季节性形变量级较大;热稳定状态整体较好的楚玛尔河与格尔木研究区沉降趋势明显,前者以周期形变为主,后者以线性形变为主,地下冰含量与年均地温为影响其年际形变速率量级的主要环境因子。此外,坡度角对三个研究区季节形变振幅量级的影响较大,植被覆盖（NDVI）与土壤属性（容重）次之。

关键词： InSAR 地表形变多年冻土热稳定性青藏高原

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新型大地坐标系中的地表形变分析

新型大地坐标系中的地表形变分析

作者：罗彦同济大学

学位级别：硕士

地球表层是由岩石圈、水圈、大气圈和生物圈等圈层构成的一个体系，在外力和内力的共同作用之下，地表一直处于运动和变化的状态。现代空间技术的迅速发展，为地球形变监测，尤其是全球规模上的形变监测，提供了更为强有力的手段，因此... 详细信息

地球表层是由岩石圈、水圈、大气圈和生物圈等圈层构成的一个体系，在外力和内力的共同作用之下，地表一直处于运动和变化的状态。现代空间技术的迅速发展，为地球形变监测，尤其是全球规模上的形变监测，提供了更为强有力的手段，因此我们已具备全球任意地区迅速、准确测定地表形变的能力。为了在大范围分析地表形变的情况，常规的平面坐标系下的求解方式已无法满足其精度的要求，因此本文寻求了一种直接在椭球面上，且无需采用投影的地表形变分析方法。本文旨在由导师施一民教授所定义和建立的新型大地坐标系下，表达地表几何量，统一表述地球自然表面的三维几何量及点位变动。这种基于地球椭球面并利用新型大地坐标系来建立的地球自然表面的度量测度及度量张量表示，是将地表作为曲面空间来描述，因此它与常用的基于站心地平坐标系描述的三维位移相比，不仅便于直接在椭球上简便地计算内蕴几何量(长度、角度、面积等)，还可进一步显示与曲面空间形状相关的地表形变的几何特性。本文通过两期的上海GPS形变监测网的数据计算予以验证，并采用坐标余差绝对值的一次范数为最小的估计方法来确定相对稳定点，准确地反映出局部点的异常位移，还建立起较大区域内的地表三维形变和应变分析的几何模型，使能更全面精确地表达与分析地表形变的几何和力学特性。

关键词：地表形变新型大地坐标系位移量坐标基准应变分析

基于Sentinel-1A数据的成都市中心城区地表形变研究

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基于Sentinel-1A数据的成都市中心城区地表形变研究

作者：付垚电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,城市的地表沉降问题逐渐引起人们的关注。在对地表形变的测量技术上,除传统的GPS测量计算书和水准测量技术外,还可应用遥感领域的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)进行测量。SAR工作在微波波段,能够在短时间内获取到... 详细信息

近年来,城市的地表沉降问题逐渐引起人们的关注。在对地表形变的测量技术上,除传统的GPS测量计算书和水准测量技术外,还可应用遥感领域的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)进行测量。SAR工作在微波波段,能够在短时间内获取到大面积的地物散射特性,如相关的频率、相位、幅度以及极化等信息。差分雷达干涉(Differential Interferometric SAR,D-InSAR)测量技术是在合成孔径雷达干涉(Synthetic Aperture Radar Interferometry,InSAR)测量技术上发展起来的地表形变测量技术。利用InSAR技术可以得到数字地面高程模型(Digital Elevation Model,DEM)。D-InSAR技术利用DEM数据来消除干涉图中由地形因素带来的影响,进而实现对地表微小形变的检测。Sentinel-1A卫星由欧空局(European Space Agency,ESA)于2014年4月发射,其中心波长为0.56 cm。研究区域为成都市中心城区,中心位置103°55’48"E,30°40’48"N。本文对Sentinel-1A卫星干涉宽幅(Interferometric Wide swath,IW)模式数据,使用双轨法D-InSAR技术对2017年2月12日至2017年12月21日期间的33景影像数据进行处理。研究内容有:(1)对升轨与降轨影像数据的处理效果进行比较;(2)对于Sentinel-1A数据VV极化与VH极化的处理效果进行比较;(3)对于研究区域比较不同的滤波方法、解缠方法的处理结果;(4)分析降水量和地震对研究区域地表形变的影响。针对研究区域的研究结果有:(1)升轨影像对于研究区域的覆盖情况较降轨影像好,处理效果上也稍好于降轨影像;(2)通过比较VV极化与VH极化的干涉处理效果,分析两种极化方式干涉图的相干系数,VV极化干涉处理结果的效果更好;(3)在滤波方法上,比较了Adaptive、Boxcar、固定幂指数Goldstein、利用相干系数调整幂指数的Goldstein四种滤波方法。通过比较噪声去除和边界条纹效果,最后一种滤波方法的处理效果最好。在解缠方法上,比较区域增长法和最小费用流法的解缠孤岛情况,最小费用流法的处理效果更好;(4)研究区域自2017年2月12日至2017年12月21日期间的地表总体形变量在–100 mm,其周边的总体形变量在–300 mm。形变结果与GPS测量数据及历年数据基本一致;(5)研究区域及其周边的降水量增加会引起研究区域的地表提升。因研究区域位于西高东低的成都平原,地下水含量有自西向东递减的特点。受到西侧的降水量影响较大,且影响时间较长。在2017年2月12日至12月21日期间,研究区域地表形变的范围在00 mm,可能为降水量增加影响导致;(6)受到周边地区地震次数的增多及震级提高的影响,研究区域的地表会产生提升。这种提升效果明显但具有短时性,在长时间段的体现微弱。在降水量少的时期抬该升量相对明显,在降水量多且集中的长时间时段内,其影响效果比降水量造成的影响弱。在2017年2月12日至12月21日期间,研究区域地表形变量的范围在00 mm,可能为地震增多及震级提高影响导致。

关键词： Sentinel-1A D-InSAR 地表形变成都市

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PSInSAR技术监测地表形变的研究

PSInSAR技术监测地表形变的研究

作者：胡波中南大学

学位级别：硕士

合成孔径雷达差分干涉测量技术(DInSAR)是新近发展起来的用于监测大范围地表形变的新技术,具有精度高、监测范围广等优势。可用于监测厘米甚至毫米级的地表形变,是一种有效的空间对地观测手段。然而,DInSAR技术在具体的应用中有很多瓶... 详细信息

合成孔径雷达差分干涉测量技术(DInSAR)是新近发展起来的用于监测大范围地表形变的新技术,具有精度高、监测范围广等优势。可用于监测厘米甚至毫米级的地表形变,是一种有效的空间对地观测手段。然而,DInSAR技术在具体的应用中有很多瓶颈问题未能得到很好的解决,如时间去相关,基线去相关,大气效应等。近年发展起来的永久散射体差分干涉测量(permanentScatterers InSAR,PSInSAR)技术为克服相位失相关和大气延迟提供了可能,它利用一系列在时间上保持相位稳定的散射体,分析时间序列上相位变化提取研究区域的变形信息,并且能够克服失相关和大气延迟等问题。然而,该方法在一些关键数据处理方面如PS探测,建网,模型解算等存在问题。为此,本文对永久散射体雷达差分干涉技术理论进行系统研究,对其中的关键算法作重点探讨,探索解决该方法存在问题的新途径,以提高PSInSAR技术探测地表形变的精度和可靠性。具体来说,本论文完成了如下研究内容并得到了相关结论:(1)基于时间基线、垂直基线和多普勒质心频率差的最优组合原则,本论文提出了简单的经验模型选取主影像方法。(2)在深入分析PSInSAR测量地表形变原理的基础上,本论文提出并实现了三重阈值PS自动探测算法,即时序相关系数、振幅离差和振幅指数三道阈值串行结合,在实验过程中取得了很好的结果。(3)在PS邻域差分相位模型参数估计中,引用了解空间搜索方法。在依据先验知识确定解空间的大小、位置和搜索策略后,可较快地获得参数的最佳估计值。(4)提出了树形搜索法用于计算PS的绝对高程修正值和线形沉降速度,对PS残留相位进行了解析,分离和提取出非线形沉降和大气相位,完整地得到了地表的时序位移量。(5)应用Matlab软件编写了一整套PSInSAR处理程序,成功探测了上海地区在1992-2002年间的地表沉降,总体平均沉降速率为9.3mm/a,所得结果与地面精密水准测量成果具有较高的一致性。

关键词：合成孔径雷达差分干涉测量永久散射体差分干涉测量失相关地表形变探测

基于D-InSAR技术的鲜水河地区地表形变监测研究

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基于D-InSAR技术的鲜水河地区地表形变监测研究

作者：李震北京交通大学

学位级别：硕士

合成孔径雷达干涉测量InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar)技术是21世纪初新兴的空间对地观测卫星遥感技术,能够获取高精度地表形变信息,其具有大范围、低成本、高精度、不受昼夜和天气影响的优势,而且InSAR技术在监测地... 详细信息

合成孔径雷达干涉测量InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar)技术是21世纪初新兴的空间对地观测卫星遥感技术,能够获取高精度地表形变信息,其具有大范围、低成本、高精度、不受昼夜和天气影响的优势,而且InSAR技术在监测地表形变时,无需设置地面监测网,能够监测到人力难以到达的区域。理论上InSAR技术在地表形变监测上能够达到毫米甚至更高量级的精度,因此,InSAR技术成为目前监测微小地表形变、地形测绘的重要手段。目前,InSAR技术地表形变监测的主流方法有D-InSAR (Differential InSAR,差分干涉测量)PS-InSAR (Permanent Scatterers InSAR,永久散射体差分干涉测量)、SBAS-InSAR (Small Baseline Subset InSAR,小基线子集差分干涉测量)三种。这三种方法各有优缺点,各自适合在不同的条件下使用。本文是基于InSAR、D-InSAR及永久散射体PS-InSAR理论分析的基础上,应用ENVISAT卫星搭载的ASAR传感器观测获得的2003年7月15日至2010年8月17日间鲜水河地区20景SAR影像数据,进行了鲜水河活动断裂带八美地区附近的地表形变监测研究。研究主要应用了三轨法D-InSAR技术对研究区域内2010年6月8日至2010年8月17日间的地表形变值进行了提取分析,并将其与GPS监测数据进行了对比分析,分析结果显示两者的监测结果基本一致。本文详细研究了D-InSAR数据处理过程中的各步算法,着重对比分析了Adaptive Window滤波、Boxcar滤波、Goldstein滤波和基于方差改进的Goldstein四种滤波方法。其中,试验处理和研究分析表明基于方差改进的Goldstein滤波方法对干涉图进行滤波的滤波效果明显好于其他三种滤波方法。文中进一步应用了PS-InSAR技术对研究区2003年7月15日至2010年8月17日期间的地表形变速率进行了研究,并将其与GPS监测数据进行了对比分析,得到了与GPS监测数据基本一致的监测结论。研究结果表明了InSAR技术监测用于地表形变的可靠性和精确性。本论文还对PS-InSAR提取的地表形变信息进行了构造运动解译。这些研究成果为区域内的构造运动研究和形变灾害的监测、预警与防治工作提供了精准的数据支撑和可靠的方法手段。

关键词： InSAR D-InSAR PS-InSAR 地表形变构造形变 GPS