基于D-InSAR技术的矿区沉陷监测(毕业答辩)

1、基于D-InSAR技术的矿区沉陷监测,指导教师：* 姓 名：* 学 号：* 班 级：测绘工程,论 文 大 纲,1.研究目的、内容及课题来源 2.国内外研究现状 3.开采沉陷分析及常规监测方法 4.InSAR技术基本概念、原理 5.D-InSAR技术应用于彬长矿区分析 6.结论和建议,1.研究目的、内容及课题来源,本论文研究内容来源于2009年欧空局Category 1计划资助研究课题“D-InSAR应用于中国西部煤矿区采动灾害监测研究” 。 因此本论文以陕西彬长矿区为例，利用D-INSAR技术，通过使用相关处理软件，监测出形变范围，得出结果。,1969年Rogers等首次将INSAR应用于观测

2、金星表面； 1974年Graham利用机载合成孔径雷达数据获取高程数据。 1986年Zebker和Goldstein首次将INSAR技术应用于地形图测绘； 1980年，Perski选择了欧洲最大的煤田 (USCB)50景ERS雷达图象进行研究，得到了观测期内地面沉降的速率和沉降区域的结构及其范围等信息。 1991年欧洲孔间距发射ERS-1卫星，INSAR技术受到人们极大关注； 2000年2月11日美国宇航局（NASA）和国家影像与测绘局联合进行为期11天的航天飞机雷达测绘（SRTM）； 2002年3月发射ENVISAT-1卫星，ASAR具有同极化和多差极化模式，可以多角度多模式成像； 2006

3、年日本发射ALOS/PALSAR卫星； 2007年加拿大在RADARSAT-1基础上发射了RADARSAT-2，也具有干涉测量的功能。 国内对InSAR技术应用于地面沉降监测的研究始于近几年，且主要集中于城市地面沉降的监测 。 刘国祥等(2001)利用ERS-2卫星获取的雷达影像作差分干涉处理，成功地获取了香港赤腊角机场沉降场。 2002年，路旭等采用欧空局ERS-1和ERS-2的天津地区复雷达图像数据(重复轨道SAR数据)进行了分析研究。,2.INSAR技术发展现状,3.INSAR与其他变形监测 技术对比,4.INSAR基本原理,4.1SAR基本概念及原理 4.2 INSAR测高原理 4.3

4、 D-INSAR基本概念,4.1 SAR基本概念及原理,SAR是合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar）的简写，是侧视结构的主动式成像雷达,它能够实现二维高分辨率成像（几何结构如右图所示）。,国外机载SAR图像,国内机载SAR图像,星 载 SAR 图 像,4.2 INSAR测高原理,4.3 D-INSAR基本概念,一般意义下的相位差（双天线工作方式下量测到的相位差）用 表示，地面微小变化引起的相位差用 表示，则相位差为：,D-INSAR的基本思想：如果想要从中得出地表的微小形变引起的相位差，就必须将两部分分离开，才能对地表的微小运动作出估计。 因此，根据去除地形相位采用

5、的数据和处理方法的不同，D-InSAR技术主要分为二轨法、三轨法和四轨法。,5.D-INSAR技术在彬长矿区实际应用情况,实验处理流程（二轨法）：,干涉相位图,从影像,外部DEM,转换为影像坐标、SAR强度模拟,辅影像重采样,配准,主影像,去平地效应,DEM反演干涉图,地形相 位相减,数据处理流程,干涉相位图,差分干涉图,干涉,轨道文件,用于InSAR处理的SAR数据又被称为单视复影像SLC(SingleLookComPlex)，它是对原始数据进行距离向处理(脉冲压缩)和方位向处理(SAR合成)之后得到的一个复数据的二维表。复影像数据包括雷达波振幅和相位两部分，被称为复数的实部和虚部。 实验区

6、为彬长矿区，中心经纬度为108525.31E ， 3509.79N。影像裁切大小为18000pixel3000pixel。,5.1主从影像选择,影像参数设置,裁剪后的主影像,裁剪后的从影像,利用轨道配准的信息，计算主辅影像的重叠区域,主图像上选取匹配窗口，辅图像上选取搜索窗口，匹配得到一定数量的同名点对后，计算出各自偏移，根据聚集程度拟合出主辅图像之间的偏移此时要求配准的精度达到一个像素,在主影像上面选择待匹配点，在辅图像中选择搜索窗口，并且可以在空间域与频率域中进行相关计算。选择大量的点来计算偏移量; 同时利用大量的同名点建立其主辅影像之间的坐标变换关系式。,5.2配准过程,估算出600个同

7、名点的位置，偏移量及相关系数。这些同名点继续后续图像处理中。,同名点相关系数图,干涉相位实质就是两回波信号相位之差，即干涉相位： 干涉相位是两雷达天线的目标点的斜距之差的函数。干涉相位以影像形式表现出来就是干涉图或干涉相位图。,5.3干涉处理,生成合成图,干涉相位图,干涉强度图,此时合成图中包含的相位信息有地形相位、形变相位、平地相位，所以需要去掉平地相位,干涉处理结果,生成相干系数图,干涉图生成以后其质量的好坏可以用相干系数来衡量。SAR载体获取的同一地面场景的两幅图像数据之间需要具有足够的相关性，否则将直接影响到形成干涉条纹的清晰度。 相干系数的值在0,1之间，相应的影像就是相干图。相干图

8、的亮暗反映了两幅图像的相关程度，相干图越亮说明干涉相位的相干性越好，反之越差。,相干系数图,如上图所示，干涉相位中既包含了地形产生的相位，又包含了参考椭球体产生的相位。 从上图看出， ，则 和 位于同一像元内。这里定义位于参考椭球面上的 引起的相位 为参考椭球引起的相位（参考相位，又称作平地效应）。,5.4平地效应,去平地效应,去平 地效 应前,去平 地效 应后,相位解缠是InSAR数据处理生成DEM的关键步骤之一。由于利用SAR数据计算出的相位差值，只是相位值的小数部分，而要建立地面DEM，必须通过相位解缠来恢复丢失的相位整数部分。,解缠后的相位图,5.5相位解缠,差分干涉相位图,形变监测结

9、果,5.6差分干涉处理结果,SAR图象在做干涉处理时主要是在雷达坐标系下进行的，但当获得最终的DEM或形变图后，我们需要将雷达坐标系的图形转到椭球坐标系或者平面坐标系下，以便进行相应的分析处理。,5.7生成UTM下地表形变图,形变监测结果与实际对比,6.结论和展望,6.1、结论 论文选取覆盖陕西省彬长矿区的ENVISAT雷达图像作为实验数据，采用二轨差分法获得陕西彬长矿区地面沉陷信息。通过实验可知，InSAR技术可以实现具有全天候监测的能力，可以应用于大范围的煤矿沉陷区域的监测；不仅可以提供用大多数方法难以监测到的地区的数据，而且测算精度可达到厘米级，为灾害预警提供更为全面的形变信息。,6.2、展望 实现InSAR技术与其它技术的集成应用是D-InSAR技术发展的潜力所在。结合GIS真正实现D-InSAR技术在矿山地面沉降监测中的应用，对