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时间序列InSAR数据分析技术及其在三峡地区的应用

作　者: 王腾
导　师: 廖明生; Fabio Rocca
学　校: 武汉大学
专　业: 摄影测量与遥感
关键词: 合成孔径雷达干涉测量永久散射体干涉测量数字高程模型滑坡监测大坝稳定性监测
分类号: P225.1
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
下　载: 101次
引　用: 1次
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内容摘要

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)作为一种工作在微波波段的相干成像系统,不仅能够提供丰富的地物回波信息,而且具备全天时、全天候的数据获取能力。随着星载SAR影像的不断积累,如何利用InSAR技术充分挖掘时间序列数据中蕴含的丰富信息已经成为相关领域的热点问题,近期的研究主要集中在利用城区稳定人工地物获取长时间序列地表形变上,即永久散射体技术(PS-InSAR)。但是,更多时候我们感兴趣的区域并不存在分布密度足够高的稳定点目标,这一问题严重限制了时间序列InSAR数据的进一步应用。据此,本论文在深入理解SAR影像干涉机理的基础上,重点研究复杂地形条件下时间序列InSAR数据分析技术的误差模型和相干性模型,解决限制该技术在困难地区应用的瓶颈问题,从而将其适用范围扩展至地形崎岖且点目标分布稀疏的非城市地区。通过在三峡地区巴东及大坝周边区域进行的地形量测和地表形变监测等示范应用,本文的研究成果充分显示了时间序列InSAR数据特有的优势,能够为我国地质灾害防治部门提供及时、有效及可靠的基础地理数据,并为移民建镇等重大国家规划提供决策辅助。具体研究内容包括：1,通过对InSAR技术误差来源的深入研究,提出了一种新的技术手段,在外部低分辨率地形数据的辅助下,利用短基线干涉图在地形复杂区域生成数字高程模型(DEM),显著提高了InSAR技术地形测绘的精度。2,在干涉相干机理的研究基础上提出了一种简单但十分有效的方法,对获取的地物相干性进行建模,将时间相干性与几何相干性分解开。该算法能够十分快速的获取时间相干性的估计值,此外,通过对地面目标散射特性的分析,该方法能够仅从两景InSAR数据中探测稳定点目标。3,在上述InSAR技术基本理论及模型研究的基础上,论文总结了当前主流时间序列InSAR处理算法在理论模型和技术路线上的特点,通过最大化目标的时间相干性因子,提出了在利用部分相干目标提取地物高程和形变速率信息的技术,即准永久散射体技术(QPS-InSAR)。该技术将时间序列InSAR数据的应用扩展到滑坡监测、断层形变研究等地质科学应用领域,4,在巴东新城区,利用近40景InSAR影像,分别通过两种相对独立的时间序列数据分析技术获取了该地区五年来的形变监测数据,并进行了交叉验证。实验区内两个形变较大的潜在滑坡体均得到了监测,利用我们提出的QPS-InSAR技术,能够探测到更多的量测点,从而检测出发生滑坡的具体范围。5,本文提出了结合PS和QPS技术的时间序列SAR影像几何信息提取方案,首次利用2003-2008年获取的40景InSAR影像量测并分析了三峡大坝运行时的稳定性问题及其周边区域的形变规律。我们发现在数据获取期间,三峡大坝左段的时效沉降基本停止,大坝形变受水位的影响较大,季节性变化也有一定体现。该成果为时间序列InSAR数据分析技术在大型工程形变监测中的首次系统尝试,拓宽了该技术的应用范围。

全文目录

摘要  8-10
Abstract  10-35
Chapter 1.Introduction  35-41
Chapter 2.Background and Datasets  41-49
  2.1.Three Gorges Project Background  41-43
  2.2.Test sites Description  43-45
    2.2.1.Badong county  43-44
    2.2.2.Three Gorges Dam  44-45
  2.3.Datasets  45-49
Chapter 3.Reconstruction of DEMs from Tandem Data in Mountainous Area Facilitated by SRTM Data  49-73
  3.1.Introduction  49-52
  3.2.Linear Model of Phase Errors in Interferogram  52-55
  3.3.Methodology  55-61
    3.3.1.Correspondence Determination Between Interferogram and SRTM DEM  56-57
    3.3.2.Linear Regression Analysis  57-58
    3.3.3.Filtering Of Unreliable Height Points  58-61
  3.4.Experimental Results  61-70
    3.4.1.Zhangbei Test Site  61-66
    3.4.2.Three Gorges Test Site  66-70
  3.5.Conclusions  70-73
Chapter 4.Coherence Decomposition Analysis in Badong  73-87
  4.1.Introduction  73-76
  4.2.Coherence Decomposition  76-79
    4.2.1.Geometric Coherence Estimation  76-78
    4.2.2.Temporal Coherence Estimation  78-79
  4.3.Results  79-86
  4.4.Conclusions  86-87
Chapter 5.Time Series InSAR Image Analysis Methods  87-97
  5.1.Introduction  87-88
  5.2.Original Permanent Scatterer Technique  88-90
  5.3.Stanford Method for Persistent Scatterer (StaMPS)  90-92
  5.4.Quasi-Permanent Scatterer Technique  92-94
  5.5.Comparison and Discussions  94-97
Chapter 6.Slow Landslides Monitoring in Badong  97-107
  6.1.Introduction  97-99
  6.2.Test Site and Data Sets  99-100
  6.3.Data Processing  100-102
    6.3.1.QPS Data Processing  101
    6.3.2.StaMPS Data Processing  101-102
  6.4.Results and Discussion  102-105
  6.5.Conclusions  105-107
Chapter 7.Three Gorges Dam Stability Monitoring  107-125
  7.1.Introduction  107-111
  7.2.Test Site and Data Set  111-114
  7.3.Results and Discussions  114-123
    7.3.1.Interferometric Combination  114
    7.3.2.Topography and Deformation Measurements  114-121
    7.3.3.Results interpretation in the low temporal coherence areas  121-123
  7.4.Conclusions  123-125
Chapter 8.Conclusions  125-129
Bibliography  129-137
攻读博士学位期间发表文章情况  137-138
攻读博士学位期间国际交流情况  138-139
攻读博士学位期间获奖情况  139-140
攻读博士学位期间参与项目情况  140-141
Acknowledgement  141

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