CRInSAR與PSInSAR聯(lián)合監(jiān)測礦區(qū)時序地表形變研究

邢學(xué)敏

長沙理工大學(xué)交通運輸工程學(xué)院,湖南長沙 410004

CRInSAR與PSInSAR聯(lián)合監(jiān)測礦區(qū)時序地表形變研究

邢學(xué)敏

長沙理工大學(xué)交通運輸工程學(xué)院,湖南長沙 410004

永久散射體差分干涉測量(PSInSAR)與人工角反射器差分干涉測量(CRInSAR)技術(shù)均為基于高相干目標(biāo)點的時間序列形變監(jiān)測手段,不受時間空間失相干嚴(yán)重影響,同時通過對相鄰兩目標(biāo)點之間的相位作差,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)測中,以提高礦區(qū)地表形變監(jiān)測的精度和可靠性。

本文分別針對兩種技術(shù)的理論、處理流程、算法及可靠性評價等方面進行了討論與闡述,提出一套PSInSAR與CRInSAR聯(lián)合解算算法流程。主要工作如下:

(1)提出了一種基于強度與相關(guān)系數(shù)綜合評定指數(shù)的CR點目標(biāo)識別方法。在RD模型定位的基礎(chǔ)上,綜合后向散射強度和相干系數(shù)提取CR點。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點位置,并將不同影像上相鄰CR點間距離進行比較以驗證結(jié)果準(zhǔn)確性。試驗結(jié)果表明,該方法探測CR點位置信息的誤差為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)計了一套將相干系數(shù)閾值法,振幅離差指數(shù)閾值法與強度閾值法串行的PS點目標(biāo)識別方法,在研究區(qū)域的14景SAR影像中進行應(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候選點的穩(wěn)定性分析工具對探測出的PS候選點進行了穩(wěn)定性分析。

(3)提出了針對PS-CR整體基線網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)方案及具體信息存儲算法,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行基線網(wǎng)絡(luò)布設(shè),應(yīng)用鄰接矩陣模型方案以存儲基線網(wǎng)絡(luò)信息,同時解決了基線信息存儲中遇到的重復(fù)邊檢測難題。

(4)提出了PSInSAR與CRInSAR時空維解纏算法。將CR點上計算得出的形變參數(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,進而通過間接平差觀測法估計出PS網(wǎng)形變參數(shù)和高程改正值的全局最優(yōu)解。實現(xiàn)了CRInSAR技術(shù)與PSInSAR技術(shù)的結(jié)合,可修正由于參考點選取不當(dāng)而出現(xiàn)的不合理抬升點,更加合理地反映研究區(qū)域的真實沉降情況,同時可有效地應(yīng)用于研究區(qū)域內(nèi)無外部起算數(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)用模擬試驗和真實數(shù)據(jù)試驗對提出的聯(lián)合解算算法流程進行驗證。通過模擬試驗結(jié)果可以看出,聯(lián)合算法流程結(jié)果可靠,加入了CR點約束后的形變速率結(jié)果得到明顯改善,證實了算法理論上的可行性。在真實數(shù)據(jù)試驗中,首次將聯(lián)合算法應(yīng)用于河南白沙水庫周邊礦區(qū)密集區(qū),首先應(yīng)用線性速率模型對試驗區(qū)域進行線性速率的探測,通過與傳統(tǒng)PSInSAR算法試驗結(jié)果對比,證實了加入CR點約束后的算法可修正不合理抬升點,與水準(zhǔn)實測結(jié)果更加吻合。為了進一步研究礦區(qū)時間序列沉降發(fā)育情況,試驗提取了白沙水庫周邊區(qū)域進行專門研究,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為主。應(yīng)用已有的水準(zhǔn)點實測形變值對試驗結(jié)果進行驗證分析,結(jié)果表明該方法精度可達約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),國家自然科學(xué)基金(41174001),教育部科學(xué)技術(shù)項目(213028A);長沙理工大學(xué)特殊環(huán)境道路工程湖南省重點實驗室開放基金(kfj130405);地理空間信息湖南省工程實驗室開放基金(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)院獲得大地測量學(xué)與測量工程博士學(xué)位(指導(dǎo)教師:朱建軍教授)。研究方向為雷達干涉測量學(xué)在礦區(qū)變形監(jiān)測中的應(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)測礦區(qū)時序地表形變研究[J]．測繪學(xué)報,2014,43(8):878．)

10．13485/j．cnki．11-2089．2014．0081

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