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矿区地表沉降InSAR宏观监测理论与方法研究

作　者: 曹嘉
导　师: 张锦
学　校: 太原理工大学
专　业: 地图制图学与地理信息工程
关键词: 矿区地表沉陷雷达干涉测量功能分区干涉数据选取三轨法差分干涉
分类号: TD325.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 99次
引　用: 2次
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内容摘要

矿区地表沉降会对矿区土地自然状况、矿区建筑物、管网、地下水源和生态环境造成破坏,对开采诱发的地表形变进行有效的监测管理,对于矿山的可持续发展是非常重要的。雷达干涉测量(InSAR)技术作为地表形变宏观监测手段之一,与常规测量方法相比,具有多种技术特点,但是由于理论、数据获取和应用方法方面的一些问题,其技术应用多数还停留在实验研究阶段。论文选择山西省某煤矿及附近区域的地表沉降作为研究对象,使用欧洲空间局卫星ENVISAT-1 ASAR数据来研究InSAR技术监测矿区地表形变的理论和方法,探讨InSAR技术在矿区地表沉降监测中的应用,并结合利用高分辨率遥感影像进行的功能分区分析矿区地表形变情况,同时探讨实际研究中所遇到的问题。对影响D-InSAR技术监测地表形变的误差源进行详细的分析讨论,总结出InSAR干涉数据选取的因素。研究了InSAR技术监测矿区地表形变的处理流程,并对相关算法进行分析,包括图像配准、SAR图像滤波算法、相位解缠算法等。将获取的三景SAR数据分别以其中两景为主影像进行三轨差分干涉处理,产生两种差分干涉图,将干涉图和矿区功能分区图等叠加,着重对干涉效果好的差分干涉图进行形变分析,探测得到区域形变分布结果,并用实测资料来推断验证区域形变结果可用性。同时还分析了导致干涉效果不理想的误差因素。针对本文的研究区地形坡度较大,宜选用中等或更大入射角的SAR系统。提取DEM时,影像对的时间间隔应尽可能短,并尽可能同季节成像,春秋两季最好,冬天无积雪时相干性也不错。另外尽可能选受时间失相干影响小的波长,垂直基线最好在200-500m之间。做差分干涉要考虑矿区地表沉降状况所处时期,在获取SAR数据前根据矿区其他监测数据来确定最佳数据时间间隔最好。经过数据处理,其中一种组合方式的差分干涉探测到矿区6处形变信息,和矿区附近的一处形变区,证明了InSAR技术在矿区地表沉降监测的可行性,也为以后更精确的监测提供了依据和宝贵的数据资料。同时发现结合矿区的功能分区更有利于对关注区域分析形变情况。另外,由于数据性质、矿区地势复杂、时间失相干等原因,也有些实际有形变的区域没有得到形变的信息。随着与InSAR技术相关的硬件、软件、处理算法等的日趋成熟,星载SAR资源的不断丰富,可以预见,该技术在形变监测领域会有更广泛的应用。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪言  9-17
  1.1 研究的目的和意义  9-10
  1.2 国内外研究动态  10-13
    1.2.1 雷达干涉测量的发展和现状  10-11
    1.2.2 InSAR 技术监测矿区地表沉降研究现状分析  11-13
  1.3 主要研究内容及论文组织结构  13
  1.4 论文实验的设计方案  13-14
  1.5 雷达干涉测量处理软件  14-17
第二章 InSAR 技术监测地面沉降的基本原理及处理流程  17-28
  2.1 矿区地表沉降概述  17
  2.2 SAR 测高基本原理  17-19
  2.3 SAR 差分干涉测量基本原理  19-21
  2.4 干涉测量的误差源与干涉数据的选取  21-25
  2.5 功能分区相关理论  25
  2.6 InSAR 技术的处理流程  25-28
第三章 InSAR 技术的算法应用分析  28-40
  3.1 三轨法差分干涉处理概述  28-29
  3.2 InSAR 算法应用研究  29-40
    3.2.1 高精度复影像配准方法研究  29-32
    3.2.2 SAR 图像噪声抑制与滤波方法  32-36
    3.2.3 相位解缠算法研究  36-40
第四章 InSAR 技术监测矿区地表沉降的应用与分析  40-61
  4.1 研究区概况及数据介绍  40-47
    4.1.1 研究区介绍及重点研究对象的确定  40-42
    4.1.2 矿区沉陷基本情况分析  42-43
    4.1.3 矿区功能分区  43-44
    4.1.4 实验数据介绍  44-47
  4.2 数据处理  47-49
    4.2.1 利用 SAR 影像生成 DEM  47-48
    4.2.2 三轨法差分干涉数据处理  48-49
  4.3 提取形变场结果分析  49-61
第五章结论和建议  61-63
  5.1 研究工作总结  61-62
  5.2 建议  62-63
参考文献  63-67
致谢  67-68
硕士期间参加科研项目与发表论文情况  68

矿区地表沉降InSAR宏观监测理论与方法研究

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