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城市地面沉降是一个缓慢微小的地表形变过程,常规的地面沉降监测方法难以满足快速、大面积范围监测的需要。D—InSAR技术被证明是有效的地面沉降监测手段,满足大范围、高精度监测的需要,理论上可达到毫米级精度。近年来,为解决D—InSAR技术中去相干因素的影响,逐渐发展起来的基于相干点目标的时序差分干涉技术形成了较为系统的数据处理流程,但是针对研究区域的差异、不同数据集的特点,时序差分干涉技术的各个环节都有待于进一步研究和探讨。本文针对目前时序差分干涉技术应用范围的局限性,在对其基本原理和技术环节深入剖析的基础上,应用于多云多雨地区的地面沉降监测研究,拓展时序差分干涉技术的适用范围,取得了一些创新性成果。
本文以珠江三角洲部分城市为研究区,针对其复杂的背景条件与数据集的特点,以及实施常规D—InSAR技术的困难性,整合PSI技术与SBAS技术,从时序差分干涉纹图集构建、相干点目标识别选取、三维相位解缠以及各部分相位分离方法等方面进行了深入研究。尝试将统一框架体系下的PSI技术和SBAS技术应用于研究区的地面沉降监测研究,并采用地面GPS数据对监测结果进行对比验证。结果表明,本文所用的时序差分干涉技术能够达到毫米级的监测精度,研究区域内地面沉降格局空间差异性明显。研究结果将为研究区域的地面沉降监测提供有利的参考依据,为进一步的沉降监测研究奠定基础。
本文主要在以下几个方面进行了探讨,并取得了较好的效果:
1.时序差分干涉纹图构建。时序差分干涉图构建是后续处理过程的关键,本文从主影像选择和时序影像配准两个方面进行了探讨。运用累积相干系数作为主影像选择和干涉像对优化组合的判断标准,分别以累积相干系数之和最大米选择PSI技术的主影像,以及累积相干系数0.6作为影像对优化组合的限值;在时序影像配准方面,本文引入了基于最大振幅交叉相干系数的循环配准方法,根据影像之间的相干性关系,通过循环配准的办法,解决一些影像由于去相干源因素的影响不能很好配准到主影像上的问题。
2.相干点目标选取。本文探讨比较了目前常用的相干点目标选取方法,分别从振幅、相位、振幅与相位信息相结合的角度比较了相干点目标选取方法,同时针对数据集的特点,引入基于振幅和相位信息的子孔径图像相关性指标来进行相干点目标识别,通过对比不同方法识别出的点目标精度发现,交叉子视共轭内积是比较理想的判断指标。
3.沉降速率反演方法探讨。主要包括两个方面,一是相位解缠,二是各部分相位的分离。时序相干点的相位信息实际上是三维稀疏点相位集,本文借助网络流的基本思想,采用逐步最小费用网络流相位解缠模型,从时间维再到空间维的相位解缠,以时间维的累积相干系数和空间维的时间相干系数作为权重费用函数;基于相位解缠结果,采用与影像获取时间基本上同步的MODIS水汽数据反演大气延迟相位,并进一步采用时空域滤波方法对残余噪声相位进行滤除,最终得到反映地面沉降的形变相位信息,根据相位与视线向形变量之间的关系反演得到地面沉降速率。
4.地面沉降实证研究。将PSI技术和SBAS技术应用于珠江三角洲地区的部分城市进行实证研究,并利用地面实测数据对监测结果进行了验证,结果表明,PSI和SBAS技术的整合能取得比较好的监测精度,相干点目标反演结果与实测数据平均误差为-1.48mm/yr,误差均方差为—4.58mm/yr,在南方多云多雨地区时序差分干涉技术也同样可以应用于地面沉降监测。
5.地面沉降格局分析。在以上监测结果的基础上,运用Kriging插值分析方法得到研究区域的地面沉降格局,得出研究区内地面沉降总体趋势不甚明显,但在空间上表现出较强的差异性。广州市白云区、萝岗区,珠江口附近的番禺区以及广深高速附近的部分区域,佛山市的三水区等沉降趋势相对明显,成为研究区的沉降中心。