基于Sentinel-1A卫星干涉数据的高原冻土交通走廊地表形变研究

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青藏铁路和青藏公路贯穿多年冻土区,形成了交通走廊。冻土随温度季节的变化会发生形变,导致交通走廊沿线地表发生沉降和抬升,对路基的稳定产生不良影响。因此监测青藏高原冻土交通走廊地表形变显得尤为重要。以往通常采用水准测量和GPS监测地表形变位移,取得了一定成果。然而在青藏高原恶劣的环境条件下,无论是传统的水准测量,还是GPS测量,都需要大量的人力物力成本,作业效率不高。本文基于当前国际上前沿的InSAR技术,使用欧空局发射的Sentinel卫星拍摄的雷达影像对研究区进行监测,采用二轨法D-InSAR技术和短基线SBAS技术,监测了当雄县境内交通走廊宁中乡——乌玛塘乡段沿线地表形变。本文的主要工作有:(1)根据国内外InSAR技术的研究现状,总结了目前适用于做InSAR的遥感卫星数据。分析了合成孔径雷达(SAR)的基本原理,以及干涉测量InSAR,差分干涉测量D-InSAR的技术方法,对D-InSAR监测灵敏度进行了分析,并指出了 D-InSAR监测地表形变的影响因素,尤其是各类失相干因素,并进行了研究。(2)选定了青藏线宁中乡——乌玛塘乡段作为研究区,对D-InSAR的关键步骤诸如影像配准、干涉图滤波、相位解缠进行了侧重研究,经比较选择了Goldstein滤波算法和Minimum Cost Flow解缠算法。(3)针对研究区域依据时相季节选取了 4组干涉对,做了 4对D-InSAR差分干涉测量,得到地理编码之后的形变结果,并结合GIS空间分析绘制交通走廊沿线剖面图。分析了青藏高原冻土随季节变化的地表形变趋势:从春季到夏季温度升高,冻土层融沉,地表沉降;从秋季到冬季温度降低,冻土层冻胀,地表抬升。(4)分析了常规D-InSAR监测形变的局限性,利用8景Sentinel-1A雷达影像对研究区做了 SBAS-InSAR,8景数据共组合成28个干涉数据对,经过SBAS技术流程得出地理编码后的形变时序图,以及平均形变速率图,得出了研究区的平均形变速率。(5)选取4个重点区域进行分析,分别得到各个区域的历史形变图。研究表明SBAS监测地表形变可以达到毫米级精度,根据冻土形变监测结果提出了减弱形变对工程影响的具体建议。
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