应用永久散射体干涉技术研究三峡地区形变

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三峡大坝是举世瞩目的水利枢纽工程。三峡库区原本就是我国滑坡、泥石流等地质灾害频发的地区,大坝建成后是否会使这一地区的地质环境更脆弱,更易发生滑坡等地质灾害,以及影响的程度有多大,一直是社会各界所关心的问题。目前对三峡地区的地质灾害监测已经成为了国际上的热点问题。 合成孔径雷达干涉技术(InterferometrySyntheticAperture,以下简称InSAR)是近20几年来发展起来的对地探测遥感技术。由于它在地表形变探测上可以达到毫米级的高精度,并且在实际应用上的低成本和高效率,目前国内外有很多单位和科研院所在应用InSAR技术研究由滑坡、泥石流、沉降等引起的地表形变,他们的研究成果显示了InSAR技术在探测地表形变方面的潜力。但是传统的InSAR技术在探测滑坡等引起的地表形变的时候往往会遇到失相关和大气异质性所带来的问题,这给形变监测带来了困难。为了解决这一难题,意大利米兰理工学院的学者A.Ferretti和Prati等人于1999年提出的一项InSAR领域的新技术——永久散射体差分干涉技术(PermanentScatterersDifferentialInSAR)。该技术利用多幅图像(>30),只提取那些长时间内后向散射特性都很稳定的目标点的信息进行统计分析,在去掉大气效应的影响后,由稀疏格网反演整幅图像的地表形变。 本文在北京大学微波遥感实验室的InSAR研究基础上,实现了PSInSAR的处理流程,并将其应用于对三峡地表形变的探测中。文章首先整理了PS技术的原理,总结出了在实际工作中PSInSAR的处理流程。用C语言实现了PSInSAR处理中的非线性方程求解大气效应、形变速度和高程误差等参数的迭代算法。应用开放软件Variowin和SGeMS实现了Kriging插值求取大气差分图的过程。此外,本文还从干涉测量原理出发分析了引起大气效应相位的原因,介绍了大气的空间分布特性,指出要去除差分图中的大气效应,对大气的空间分布进行正确的建模是关键。为大气模型的修正奠定了基础。最后应用PSInSAR技术遵循本文实现的处理流程对三峡万州地区的地表形变进行了探测。 由于三峡复杂的气候地质条件,本次实验的结果并不理想,还有待于进一步与实地探测信息进行比对和验证。这当中也不排除处理过程中所造成的人为误差以及该PSInSAR处理流程中仍存在不足之处。最后结合PSInSAR原理对实验结果进行了分析,分析结果揭示了三峡地区大气效应的空间分布与地表高程的分布有一定的联系,并对接下来的研究方向和内容提出了几点建议。 三峡地区复杂的气候地质条件对干涉技术的成功应用来说是一个挑战。如何更好地结合其它来自于如GPS、人工角反射器、气象卫星图像、气象台站等监测信息,完善并发展InSAR技术,提高InSAR技术的应用水平,使其在地表监测中发挥更大的作用,我们任重而道远。
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