升降轨时序InSAR技术监测地表形变及二维形变量解算

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近年来,合成孔径雷达干涉测量(In SAR,interferomeric synthetic aperture radar)技术广泛应用于地表形变监测中,其在地表形变监测中具有大范围、高精度等技术优势。但是,单一轨道In SAR技术获得的地表形变,是沿雷达视线(LOS,line of sight)向的一维形变信息,对地表形变的描述较为单一,无法满足多样的工程需求。针对上述问题,本文联合升轨和降轨SAR数据,展开了地表在水平和竖直方向的二维形变研究。以青海省木里矿区和四川省成都市区为研究对象,通过建立模型,对研究区域内的兴趣点(POI,point of interest)进行二维形变量的提取与分析。本文首先建立了,结合升轨和降轨In SAR提取地表在水平和竖直方向形变量的公式模型。(1)利用时序In SAR技术,分别获取地表在升轨和降轨LOS向的形变量;(2)根据升轨和降轨卫星的飞行方向、星载雷达LOS向以及地面点之间的空间关系,建立二维形变量解算方程组;(3)利用插值方法,对地表在升轨和降轨LOS向的形变量进行插值计算,并基于时间维度配准;(4)将同一地面点配准后的升轨和降轨LOS向形变量,代入二维形变量计算公式中,解算方程组,获得地表形变沿水平和竖直方向的形变量。为了研究模型算法的可靠性和适用区域。本文先以木里矿区为研究对象,利用时序In SAR技术,获取地表形变速度结果为:升轨LOS向形变速度范围为[-133~31]mm/a,降轨LOS向形变速度范围为[-95~21]mm/a。再以成都市区为研究对象,获取地表形变速度结果为:升轨LOS向形变速度范围为[-12~6]mm/a,降轨LOS向形变速度范围为[-12~6]mm/a。结果表明,在地势复杂的矿区,升轨和降轨LOS向形变速度的时空分布存在较大差异;在地势相对平坦的城区,升轨和降轨LOS向形变速度的时空分布差异较小。通过两个研究区域结果的对比分析,以及同一研究区域的升轨和降轨LOS向形变速度场分布的对比分析,得出本文方法更适用于建筑物覆盖率较高的区域。联合升轨与降轨LOS向形变,对木里矿区和成都市区,进行了时间序列形变分析。在各研究区域分别选取了3个POI,解算每个POI在3个近邻时间点的二维形变量,并分析了它们在水平方向和竖直方向的形变趋势。得出以下结论:地面点在升轨和降轨LOS向,表现出趋势相反的形变,是因为该地面点在水平方向的形变,远大于其在竖直方向的形变;在升轨和降轨LOS向,均表现为沉降趋势,或均表现为抬升趋势的地面点,其在竖直方向的形变远大于其在水平方向的形变;在升轨和降轨LOS向,均无明显形变的地面点,在实际中是较为稳定的点。
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