改进的SBAS地表形变监测及地下水应用研究

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1、分类号UDC博士学位论文密级改进的SBAS地表形变监测及地下水应用研究ImprovedSBAStechnologyforLandDeformationDetectionandGroundwaterApplication作者姓名：学科专业：学院(系、所)：指导教师：副指导教师：俞晓莹测绘科学与技术(大地测量学与测量工程)地球科学与信息物理学院丁晓利教授李志伟教授论文答辩日期◆⋯_、y答辩委员会主席中南大学二O一二年十二月原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成

2、果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：绚：受兰日期：韭年上月卫曰学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时

3、授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。Et期：韭年上月且日摘要合成孔径雷达干涉测量技术(D-InSAR)可应用于大范围、全天候、实时的快速地表缓慢形变监测，它已日益成为人们监测地表形变、地裂缝、地震等地质灾害的一项重要技术手段，同时它也大大弥补了传统的监测手段如GPS、水准测量等的不足。近年来，在D-InSAR技术的基础上发展起来的PS—InSAR技术、短基线集的D—InSAR技术(SBAS)、点差分干涉测量技术(IPTA)等已经成

4、功运用于地壳形变、城市地表沉降监测、地震监测、滑坡监测以及冰川运动等领域之中。然而，随着应用领域的进一步拓宽，这些技术的研究还处于起步阶段，里面还涉及到的许多算法还有待于进一步改善。在研究D-InSAR关键技术的基础上，本研究重点就PS-InSAR技术、SBAS技术及IPTA技术中的关键问题进行分析研究。PS-InSAR技术可以实现高分辨率的点目标监测，但对于长时间序列的监测存在着无法正确解缠的问题，且受大气影响较大；运用SBAS技术可以减少数据成本，提高数据的应用效率，但由于SBAS技术采用影像多

5、视处理技术，导致空间分辨率降低，降低了PS点的监测精度；IPTA技术运用了矢量数据的高效率的数据结构。该数据结构大大节省了数据的存储空间和提高了运行效率，但同样存在PS-InSAR中解缠困难和受大气影响较大的问题。对以上多种方法进行深入分析和研究之后，本论文发展了一套既能检测线性形变，又能检测周期性和非线性形变的技术流程和方法。基于改进的SBAS算法不是简单的将两种算法的叠加，而是对算法中的仍然存在的问题进行了改进，如利用二元树的复数小波滤波方法对干涉图中的噪声加以去除；针对大气延迟问题提出了利用M

6、ERIS数据进行ASAR大气延迟相位的改正；针对低分辨率的传统的SBAS技术利用PS点提高监测精度。在理论研究的基础上，选择河北沧州市区作为实验场，采用了ENVISAT卫星的ASAR数据进行实验分析，得到相应的监测结果。为了验证结果的可靠性，本文利用研究区域监测井的历年水位数据与实验的形变监测结果进行趋势对比分析，并结合形变和地下水位的关系，分析出研究区域地下水的地球物理特性。论文的主要研究工作可分为以下四个方面。1)提出了一种基于二元树复小波的差分干涉图滤波方法。针对干涉相位噪声严重影响InSAR

7、生成数字高程模型和地表形变监测精度的问题，在对比研究多种滤波方法的优缺点的基础上，利用本文提出的二元树小波滤波方法分别对模拟SAR数据和真实的SAR数据进行滤波，并将其滤波结果与其它常用的SAR数据的滤波方法的滤波结果进行精度比较，得出基于二元树复小波的滤波方法能大大提高滤波的精度。该方法有效地去除了差分干涉图中由于多种失相干问题引起的噪声，为后续点差分干涉图的处理提供了更有效的数据源。2)提出了一种基于MERIS水汽数据的ONN模型与Vonkarmankriging模型融合的空间插值方法。应用Vo

8、nkarmankriging方法对局部水汽进行空间插值可以有效地提高传统的OK方法的插值精度；同时它避免了由于样本较少时引起的插值结果不连续的现象，提高了插值精度。通过实验表明：在季节性变化很明显的区域，由于水汽引发的相位延迟是不容忽视的，它将严重影响形变监测的精度，甚至得到错误的监测结果，因此利用MERIS数据进行大气改正是非常必要的。本文利用沧州市的差分干涉对和同时间的MERIS数据进行了实证分析，分析结果表明：沧州地区受大气影响的较为明显，必须去除大气效应。3)