邢學(xué)敏

長(zhǎng)沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙 410004

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

邢學(xué)敏

長(zhǎng)沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙 410004

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)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,可極大地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)行了討論與闡述,提出一套PSInSAR與CRInSAR聯(lián)合解算算法流程。主要工作如下:

(1)提出了一種基于強(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6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。試驗(yàn)結(jié)果表明,該方法探測(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),更加合理地反映研究區(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(wú)外部起算數(shù)據(jù)的情況,適用性更廣。

(5)提出了一套完整的CRInSAR與PSInSAR聯(lián)合解算算法和流程,有效地將兩種技術(shù)結(jié)合,并分別應(yīng)用模擬試驗(yàn)和真實(shí)數(shù)據(jù)試驗(yàn)對(duì)提出的聯(lián)合解算算法流程進(jìn)行驗(yàn)證。通過模擬試驗(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)試驗(yàn)中,首次將聯(lián)合算法應(yīng)用于河南白沙水庫(kù)周邊礦區(qū)密集區(qū),首先應(yīng)用線性速率模型對(duì)試驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行線性速率的探測(cè),通過與傳統(tǒng)PSInSAR算法試驗(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,試驗(yàn)提取了白沙水庫(kù)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(kù)周圍區(qū)域存在著較為明顯的沉降,在煤礦分布區(qū)域內(nèi)大面積累積沉降量超過了10 cm,形變以線性沉降趨勢(shì)為主。應(yīng)用已有的水準(zhǔn)點(diǎn)實(shí)測(cè)形變值對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證分析,結(jié)果表明該方法精度可達(dá)約2．1 mm。

Study on Monitoring the Time Series Ground Deformation in Mining Area Based on CRInSAR and PSInSARIntegration

XING Xuemin

School of Traffic and Transportation Engineering,Changsha University of Science&Technology, Changsha 410004,China

NG Xuemin(1983—),female,

her doctorate degree form School of Geosciences and Info-Physics, Central South University in June 2011．Her research interests are mainly about deformation monitoring based on InSAR and the application in mining area．

P227

D

1001-1595(2014)08-0878-01

湖南省杰出青年基金(14JJ1021),國(guó)家自然科學(xué)基金(41174001),教育部科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目(213028A);長(zhǎng)沙理工大學(xué)特殊環(huán)境道路工程湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金(kfj130405);地理空間信息湖南省工程實(shí)驗(yàn)室開放基金(2013GSIJJ008)

2013-03-27

邢學(xué)敏(1983—),女,講師,2011年12月于中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院獲得大地測(cè)量學(xué)與測(cè)量工程博士學(xué)位(指導(dǎo)教師:朱建軍教授)。研究方向?yàn)槔走_(dá)干涉測(cè)量學(xué)在礦區(qū)變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。

XING Xuemin．Study on Monitoring the Time Series Ground Deformation in Mining Area Based on CRInSAR and PSInSAR Integration[J]．Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2014,43(8):878．(邢學(xué)敏．CRInSAR與PSInSAR聯(lián)合監(jiān)測(cè)礦區(qū)時(shí)序地表形變研究[J]．測(cè)繪學(xué)報(bào),2014,43(8):878．)

10．13485/j．cnki．11-2089．2014．0081

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