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基于InSAR技术的矿区地表沉降监测

作　者: 任婧
导　师: 贾琇明
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: 合成孔径雷达干涉测量地表沉降相干系数 DEM
分类号: P237
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

大同市新荣区的煤炭资源储量丰厚,煤质优良,是山西省的重点产煤区之一,且开采范围相对较为广泛,开采年代悠久。近年来,由于煤矿开采强度及规模的增大,对新荣区煤矿地质环境造成严重影响。由于煤层开采造成的塌陷地表变形滞后2-5年甚至更长的时间。该灾害的活动期较长,一般需30-50年才能逐渐稳定。因此造成的损害是长期的、不可逆的,尤其是对地下水的破坏,直接导致附近地下水位下降,浅层水源枯竭。由于过度开采地下水,造成地面发生复杂的开采沉陷变形和地裂缝,对其上部的各类建筑设施、耕地均造成不同程度的威胁和破坏,严重地威胁着矿区居民的生命财产安全。合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR),从20世纪60年代首次使用至今,已发展成为一种在测量地球表面变化方面极具潜力的重要技术,具有可大范围进行采样测量,时间短且分辨率高等常规测量技术无法比拟的优点。合成孔径雷达差分干涉测量技术(D-InSAR)得到的干涉图可以用来监测厘米级甚至更加微小的地表形变,成为区域地表形变监测领域重要的新技术之一本文采用4景ERS-1/2 SAR数据,运用合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)对大同市新荣区的地表形变进行了监测,并运用合成孔径雷达差分干涉测量技术(D-InSAR)最终得到了研究区地表的沉陷结果。本论文主要取得的研究成果如下：1、研究了SAR成像原理、InSAR和D-InSAR的基本原理和基础处理方法以及InSAR数据应用处理的关键技术方法,并对影响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干涉数据的选取考虑因素。2、利用雷达干涉测量方法生成研究区DEM。并对研究区4景数据两两组合得到的6对InSAR相干结果进行了干涉相干性分析,对于本研究的几何去相干和时间去相干影响得出经验结论：对于ERS-1/2 SAR系统,基线长度一般情况可取为临界基线距1/3的像对进行干涉测量,垂直基线距取100m左右为最优,最大值一般不可超过300m；研究区植被较少,跨春夏季的两个像对的干涉结果受到时间去相干影响较弱；研究区冬季冰冻严重,风和降雪量均较大,跨春冬两季的影像对干涉结过受到时间去相干影响较大。3、应用D-InSAR技术提取了研究区的地表沉降区域,对研究区的形变结果进行分析：D-InSAR技术获得了新荣区1993年至1996年间地表形变结果,共提取形变区域3处,其中两处位于新荣区上深涧乡,一处位于西村乡。初步判断这3处均为地表沉降类型。本文获得新荣区累计变形区域面积为16.20km2。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-18
  1.1 选题的目的和意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-14
    1.2.1 国外研究现状  11-13
    1.2.2 国内研究现状  13-14
  1.3 本文的研究内容和方法  14-16
    1.3.1 研究内容  14-15
    1.3.2 处理方法和流程设计  15-16
  1.4 论文的章节安排  16-18
第二章 InSAR和D-InSAR的基本原理  18-30
  2.1 引言  18
  2.2 InSAR的基本原理  18-22
    2.2.1 成像原理概述  18-20
    2.2.2 SAR干涉测量的基本原理  20-22
  2.3 D-InSAR的基本原理  22-28
    2.3.1 两轨法  22-24
    2.3.2 三轨法  24-27
    2.3.3 四轨法  27-28
  2.4 差分干涉技术的改进  28-30
    2.4.1 永久散射体差分干涉技术(PS-InSAR)  28-29
    2.4.2 角反射器差分干涉技术(CR-InSAR)  29-30
第三章 InSAR数据的处理  30-42
  3.1 InSAR数据处理的关键技术  30-37
    3.3.1 SAR图像的斑点噪声抑制与滤波方法  30-32
    3.3.2 相位解缠(phase unwrapping)  32-33
    3.3.3 基线计算  33-35
    3.3.4 去平地效应  35-37
  3.2 干涉相干性质量评价原理  37-42
第四章 InSAR技术的监测矿区地表沉降的应用  42-70
  4.1 研究区概况  42-47
  4.2 数据处理  47-70
    4.2.1 SAR数据的特点  47-48
    4.2.2 SAR数据的选取  48-50
    4.2.3 SAR数据处理软件的选择  50-51
    4.2.4 InSAR处理生成DEM的过程  51-64
    4.2.5 干涉处理结果与相干性分析  64-70
第五章 D-InSAR技术的监测矿区地表沉降的应用  70-74
  5.1 划分重点监测区  70-71
  5.2 D-InSAR处理流程及形变结果  71-72
  5.3 D-InSAR形变结果分析  72-74
第六章结论和建议  74-78
  6.1 结论  74-75
  6.2 建议  75-78
参考文献  78-82
致谢  82-83
攻读硕士期间发表的论文  83
攻读硕士期间参与的项目  83

基于InSAR技术的矿区地表沉降监测

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