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InSAR数字高程模型获取、精度分析及构造地貌信息提取

作　者: 戴娅琼
导　师: 任金卫；申旭辉；张景发
学　校: 中国地震局地震预测研究所
专　业: 构造地质学
关键词: 西藏当雄-羊八井合成孔径雷达干涉测量(InSAR) 永久散射体合成孔径雷达差分干涉测量(PS-InsAR) 数字高程模型构造地貌
分类号: P623
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

西藏高原位于我国西南部,平均海拔高度在4500m以上,高原四周为巨大山系所环绕,地势雄伟,屹立于塔里木盆地和印度河—恒河平原之间,形成一个规模巨大的高原,故有“世界屋脊”之称。西藏高原又是地球上最年轻的构造活动区之一,具有独特的地质构造和复杂的地质结构。西藏高原是现代构造强烈活动的地区。在其周缘和内部都存在许多活断层和地震地表破裂。但是,青藏高原周围和内部活动断层的性质、规模,活动幅度、深部构造以及形成演化历史等方面均有明显的差别,有待于我们加深对其的探索和认识。西藏高原与全球气候、生态环境以及人类社会未来发展等一系列重大问题密切相关。对西藏地区的探索并不能完全离开亲临高原,但如果只凭人类的足迹去一点一滴地揭开它的奥秘是不科学的。空间对地观测技术为人类探测青藏高原,发现其资源,认知其机理打开了新的局面,为人类更深刻地认识青藏高原提供了更广阔的途径。合成孔径雷达干涉测量作为一种极具潜力的空间对地观测技术,在近10多年得到迅速发展,也成为国际上的研究热点。其优势在于全天候、全天时工作,不受云雾干扰,并能一次大面积成像。一方面对人类难以到达的区域进行大规模、大面积的地形测量;更重要的是差分干涉测量能得到同震形变图,永久散射体差分干涉测量能监测厘米甚至毫米级的形变,为监测西藏活动断层的变化提供了方法,甚至可以为整个青藏高原的动态变化和研究青藏高原与全球的关系提供线索。本文研究目的主要是为我国西藏地区研究提供技术支持,探索新途径。我国目前有许多地区由于自然条件恶劣,缺少高精度的地形数据。本文一方面对InSAR技术本身不断探索,另一方面探讨将此技术更好地应用到西藏地区研究中。本文主要研究内容包括:(1)利用InSAR生成西藏当雄—羊八井地区数字高程模型利用ERS-1/2 tandem星载SAR数据,在综合分析SRTM和1:50000DEM的前提下,成功获取当雄—羊八井地区的数字高程模型。在基于和1:50000DEM的比较分析,论证了InSAR-DEM具有较高的准确性,证明了InSAR用于西藏地区制图的可行性。(2)分析了InSAR技术测高的影响因素特别是基于所用的生成DEM的SAR数据对,深入分析了短基线在用于生成DEM中的不利因素,抗误差能力差,说明了在选择数据时遵循最优基线原则的重要性,空间基线不仅影响空间相关性而且影响高程对干涉相位差的灵敏度,揭示了地面坡度对干涉相位的影响不可忽视,如果高程变化太快,干涉条纹产生重叠,会导致严重的失相关,从而无法对高程进行准确推算。(3)外部DEM在干涉测量中的应用详细分析了外部DEM在干涉测量中的实质,与在差分干涉测量应用中的异同,并论证了外部DEM在利用干涉测量生成DEM过程中的作用,其主要贡献在于提供参考坐标和降低解缠难度,特别是对于陡坡地段有明显的效果,使地形剖面线走势改善至和真实地形一致。(4)PS-InSAR技术的初步应用研究通过对处理后PS点进行分析,可以发现,盆地南部所有点随时间呈负向运动,北侧呈正向运动,这也意味着盆地南侧仍处于不断的沉降阶段,北部处于隆升阶段。最大年平均沉降速率为6mm/y,上升速率为7mm/y。(5)专题图制作利用ETM+光学影像、InSAR-DEM和大范围的SRTM,制作阴影图、坡度图、坡向图和三维立体图,提取研究区的构造地貌信息。

全文目录

内容摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-23
  1.1 InSAR的基本概念、发展历史及应用现状  10-21
    1.1.1 InSAR的基本概念  10-12
    1.1.2 InSAR技术的优越性及不足  12-14
    1.1.3 InSAR的发展历史  14-17
    1.1.4 InSAR的应用现状及前景  17-21
  1.2 本文问题的提出及研究意义  21-22
  1.3 本文的研究内容  22-23
第二章 InSAR原理与方法简介  23-37
  2.1 合成孔径雷达技术  23-26
    2.1.1 真实孔径雷达(RAR)  23-24
    2.1.2 合成孔径雷达(SAR)  24-25
    2.1.3 SAR成像原理  25-26
  2.2 合成孔径雷达干涉技术  26-32
    2.2.1 基本原理  26-28
    2.2.2 基本概念  28-32
  2.3 InAR技术处理流程  32-33
  2.4 差分合成孔径干涉雷达测量  33-36
    2.4.1 传统差分干涉测量  33-35
    2.4.2 永久散射体差分干涉技术  35-36
  本章小结  36-37
第三章西藏当雄-羊八井地区InSAR处理及精度分析  37-63
  3.1 西藏当雄-羊八井地区概况  37-40
  3.2 处理软件  40-42
  3.3 实验数据  42-44
  3.4 数据处理  44-52
    3.4.1 ASAR数据成像处理  44-45
    3.4.2 干涉处理  45-50
    3.4.3 外部DEM  50-52
      3.4.3.1 利用外部DEM的原理  51
      3.4.3.2 外部DEM  51-52
  3.5 干涉高程结果评价  52-61
    3.5.1 水平分辨率分析  52-54
    3.5.2 不同像对结果比较  54-55
    3.5.3 ERS-1/2 DEM垂直精度分析  55-61
  本章小结  61-63
第四章影响InSAR测高精度的因素分析  63-70
  4.1 测高误差表达式  63-64
  4.2 误差源分析  64-69
  本章小结  69-70
第五章 DEM与ETM+在构造地貌分析中的应用  70-92
  5.1 InSAR DEM高分辨率专题图生成  70-76
  5.2 当雄-羊八井地区构造地貌的ETM+影像判读  76-80
  5.3 区域DEM专题图生成及应用  80-86
    5.3.1 山体阴影图  80-81
    5.3.2 三维立体图  81-82
    5.3.3 坡度专题图  82-83
    5.3.4 坡向专题图  83-85
    5.3.5 综合解译  85-86
  5.4 PS-InSAR试验  86-90
  本章小结  90-92
第六章总结与展望  92-96
  6.1 论文主要研究成果  92-93
  6.2 进一步工作和展望  93-96
参考文献  96-99
致谢  99

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