基于D-InSAR技术的矿区开采沉陷监测研究

论文摘要

合成孔径雷达差分干涉测量（D-InSAR）技术是二十世纪九十年代发展起来的微波遥感技术,它具有全天时、全天候、覆盖面广、高精度地监测地表变形的能力,已成为极具潜力的对地观测技术之一。根据差分干涉测量（D-InSAR）的原理,D-InSAR技术用于沉陷监测的精度可以达到厘米级甚至毫米级。但是,由于时间去相干和大气变化等因素影响了D-InSAR的测量精度,尤其在西部黄土覆盖矿区,地形起伏较大,且开采沉陷具有范围小、下沉量大和形变速度快的特点,影响了该技术在西部矿区开采沉陷监测中的应用。因此,本文针对这一课题展开实验研究,具有重要的理论和实际意义。本文以陕西彬长矿区开采沉陷监测为实例,利用D-InSAR技术实现矿区地表沉陷的动态监测。主要研究内容与结果如下:（1）针对西部矿区开采沉陷特征及监测技术要求,将常规的开采沉陷监测方法和D-InSAR技术方法进行对比分析,总结了D-InSAR技术的优势;（2）在阐述D-InSAR基本原理及其实现方法的基础上,讨论了D-InSAR对形变测量的灵敏度及获取地表形变的误差来源,重点分析了D-InSAR数据处理流程及其关键算法;（3）选取了2007-07-04到2007-10-04时间跨度为三个月的三景SAR影像数据,构成三个影像对分别进行差分干涉处理,获取了研究区域的形变分布图,并结合实际资料对实验处理结果进行了对比分析,取得了一致的结果;（4）通过对差分干涉处理过程中生成的相干图进行分析表明,D-InSAR技术应用于煤矿区开采沉陷监测时,其相干图可作为分析判别形变区域的重要依据。因此,对于开采沉陷区相干图的研究,可作为D-InSAR技术应用研究的新方向。本文通过对彬长矿区开采沉陷监测的实验研究,初步建立了适合于矿区D-InSAR技术监测的数据处理实用流程,为西部矿区大范围开采沉陷的雷达遥感监测奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 研究的目的和主要内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 主要内容
• 1.4 研究的技术路线
• 1.5 本文的章节安排
• 1.6 小结
• 2 煤矿开采沉陷及其监测技术方法
• 2.1 地表开采沉陷盆地的特征
• 2.2 地表开采沉陷的常规监测技术方法
• 2.3 D-InSAR 技术及其优势
• 2.4 小结
• 3 合成孔径雷达干涉测量技术
• 3.1 雷达遥感概述
• 3.1.1 电磁波与电磁波谱
• 3.1.2 雷达方程
• 3.1.3 雷达遥感的特点
• 3.2 合成孔径雷达SAR
• 3.2.1 真实孔径雷达
• 3.3.2 合成孔径雷达
• 3.2.3 合成孔径雷达的不足
• 3.3 雷达干涉测量InSAR
• 3.3.1 InSAR 的基本原理
• 3.3.2 InSAR 对地形起伏的灵敏度
• 3.4 差分干涉测量D-InSAR
• 3.4.1 差分干涉技术的发展
• 3.4.2 D-InSAR 的实现方法
• 3.4.3 D-InSAR 的基本原理
• 3.5 D-InSAR 对形变测量的灵敏度及其误差分析
• 3.6 小结
• 4 D-InSAR 数据处理及关键算法分析
• 4.1 SAR 影像的选取
• 4.2 SAR 数据的处理流程
• 4.3 影像配准方法
• 4.3.1 影像配准的评估
• 4.3.2 粗配准的算法分析
• 4.3.3 精配准的算法分析
• 4.4 基线估计方法
• 4.5 相位解缠方法
• 4.6 数据融合技术方法
• 4.7 小结
• 5 D-InSAR 在彬长矿区开采沉陷监测中的应用
• 5.1 矿区概况
• 5.1.1 地理位置
• 5.1.2 地貌地质条件
• 5.1.3 矿区开发现状
• 5.2 InSAR 处理前的准备工作
• 5.2.1 干涉处理软件简介
• 5.2.2 SAR 影像的选取
• 5.2.3 DEM 数据的获取
• 5.2.4 SLC 影像的转换
• 5.3 彬长矿区InSAR 数据处理及其结果分析
• 5.3.1 方案1 的处理结果与分析
• 5.3.2 方案2 的处理结果与分析
• 5.3.3 方案3 的处理结果与分析
• 5.3.4 InSAR 处理结果的验证
• 5.3.5 相干图特征分析及其应用
• 5.4 小结
• 6 结论
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录