CRInSAR与PSInSAR联合监测矿区时序地表形变研究

邢学敏

长沙理工大学交通运输工程学院,湖南长沙 410004

CRInSAR与PSInSAR联合监测矿区时序地表形变研究

邢学敏

长沙理工大学交通运输工程学院,湖南长沙 410004

永久散射体差分干涉测量(PSInSAR)与人工角反射器差分干涉测量(CRInSAR)技术均为基于高相干目标点的时间序列形变监测手段,不受时间空间失相干严重影响,同时通过对相邻两目标点之间的相位作差,可极大地减弱模型中大气延迟相位的影响,因此本文旨在将这两种技术结合起来,应用于矿区沉降的监测中,以提高矿区地表形变监测的精度和可靠性。

本文分别针对两种技术的理论、处理流程、算法及可靠性评价等方面进行了讨论与阐述,提出一套PSInSAR与CRInSAR联合解算算法流程。主要工作如下:

(1)提出了一种基于强度与相关系数综合评定指数的CR点目标识别方法。在RD模型定位的基础上,综合后向散射强度和相干系数提取CR点。应用该方法在获取的6景研究区域SAR影像上分别查找CR点位置,并将不同影像上相邻CR点间距离进行比较以验证结果准确性。试验结果表明,该方法探测CR点位置信息的误差为1像元左右,不受自然环境限制,且避免了人为目视查找的误差。

(2)设计了一套将相干系数阈值法,振幅离差指数阈值法与强度阈值法串行的PS点目标识别方法,在研究区域的14景SAR影像中进行应用,并将幅度标准差,相位标准差和相干系数标准差作为PS候选点的稳定性分析工具对探测出的PS候选点进行了稳定性分析。

(3)提出了针对PS-CR整体基线网络的布设方案及具体信息存储算法,在此基础上建立了PS-CR基线网络中任一基线边的线性和周期性形变差分相位模型。具体采用Delaunay三角形附加距离限制原则进行基线网络布设,应用邻接矩阵模型方案以存储基线网络信息,同时解决了基线信息存储中遇到的重复边检测难题。

(4)提出了PSInSAR与CRInSAR时空维解缠算法。将CR点上计算得出的形变参数值及高程改正值作为研究区域中PS-CR基线网络的约束,进而通过间接平差观测法估计出PS网形变参数和高程改正值的全局最优解。实现了CRInSAR技术与PSInSAR技术的结合,可修正由于参考点选取不当而出现的不合理抬升点,更加合理地反映研究区域的真实沉降情况,同时可有效地应用于研究区域内无外部起算数据的情况,适用性更广。

(5)提出了一套完整的CRInSAR与PSInSAR联合解算算法和流程,有效地将两种技术结合,并分别应用模拟试验和真实数据试验对提出的联合解算算法流程进行验证。通过模拟试验结果可以看出,联合算法流程结果可靠,加入了CR点约束后的形变速率结果得到明显改善,证实了算法理论上的可行性。在真实数据试验中,首次将联合算法应用于河南白沙水库周边矿区密集区,首先应用线性速率模型对试验区域进行线性速率的探测,通过与传统PSInSAR算法试验结果对比,证实了加入CR点约束后的算法可修正不合理抬升点,与水准实测结果更加吻合。为了进一步研究矿区时间序列沉降发育情况,试验提取了白沙水库周边区域进行专门研究,并采用周期函数模型作为差分相位模型,结果表明白沙水库周围区域存在着较为明显的沉降,在煤矿分布区域内大面积累积沉降量超过了10 cm,形变以线性沉降趋势为主。应用已有的水准点实测形变值对试验结果进行验证分析,结果表明该方法精度可达约2．1 mm。

Study on Monitoring the Time Series Ground Deformation in Mining Area Based on CRInSAR and PSInSARIntegration

XING Xuemin

School of Traffic and Transportation Engineering,Changsha University of Science&Technology, Changsha 410004,China

NG Xuemin(1983—),female,

her doctorate degree form School of Geosciences and Info-Physics, Central South University in June 2011．Her research interests are mainly about deformation monitoring based on InSAR and the application in mining area．

P227

D

1001-1595(2014)08-0878-01

湖南省杰出青年基金(14JJ1021),国家自然科学基金(41174001),教育部科学技术项目(213028A);长沙理工大学特殊环境道路工程湖南省重点实验室开放基金(kfj130405);地理空间信息湖南省工程实验室开放基金(2013GSIJJ008)

2013-03-27

邢学敏(1983—),女,讲师,2011年12月于中南大学地球科学与信息物理学院获得大地测量学与测量工程博士学位(指导教师:朱建军教授)。研究方向为雷达干涉测量学在矿区变形监测中的应用。

XING Xuemin．Study on Monitoring the Time Series Ground Deformation in Mining Area Based on CRInSAR and PSInSAR Integration[J]．Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2014,43(8):878．(邢学敏．CRInSAR与PSInSAR联合监测矿区时序地表形变研究[J]．测绘学报,2014,43(8):878．)

10．13485/j．cnki．11-2089．2014．0081

E-mail:28008642＠qq．com