短基线集InSAR形变模型的不适定问题解算方法研究

SBAS InSAR技术广泛应用于大尺度长时间序列的矿区、城市、地震等不同类型地表形变监测。但在利用该技术进行监测地表形变中发现,其形变模型的解算存在着病态和秩亏两类不适定问题,严重影响着形变信息反演的精度和可靠性。本文以SBAS InSAR技术为基础,针对其形变模型最小二乘解算中的病态问题,提出了基于Liu估计的有偏迭代估计法和Tikhonov正则化方法;针对秩亏时奇异值分解反演形变量和形变速率不稳定的问题,改进了Landweber迭代法,并将其应用到秩亏的SBAS InSAR形变模型解算中,反演出更准确的形变信息。     

多视线向D-InSAR三维地表形变解算中GPS约束定权

提出了一种基于GPS约束的多视线向三维地表形变解算定权的方法。该方法以同期高精度GPS形变观测量对多视线向D-In SAR形变观测量进行精度评价,顾及轨道、地形和噪声等系统误差对多视线向D-In SAR形变量影响的特点,通过建立跟像元位置和高程有关的联合拟合模型,实现逐像元精度评价,完成多视线向D-In SAR三维地表形变解算模型中定权。本文以2009年意大利拉奎拉地区地震为研究区,对该定权方法的可行性和精度进行了验证。结果表明,本文提出的GPS约束定权的多视线向D-In SAR三维形变解算方法可以获取可靠的解算结果。     

优化先验模型参数的矿区多轨InSAR三维形变监测

监测煤矿开采导致的地表三维形变对于矿区地质灾害防控和开采沉陷机理研究至关重要。针对单轨道InSAR和先验模型融合解算矿山三维形变存在精度不高、时间分辨率差的问题,本文提出了一种通过优化先验模型参数的矿区多轨InSAR三维形变解算方法。首先,利用Weibull模型同步4个轨道LOS向形变位移,以此削弱不同轨道之间时间异步对三维形变解算精度的影响,并采用加权最小二乘求解矿区垂直向和东西向形变;然后,根据垂直向和东西向形变优化矿区开采先验模型参数;最后,解算南北向形变位移。利用覆盖大同矿区的TerraSAR-X数据和3个轨道Sentinel-1 InSAR数据集对本文方法进行验证。研究结果表明,与地面GPS监测点相比,本文方法可以获得相对精确的三维形变结果,垂直向RMSE、东西向RMSE和南北向RMSE约为1.1、1.4和2.1 cm。     

利用基于抗差垂直向方差分量估计的GPS-InSAR数据融合方法反演三维形变场

GPS-InSAR数据融合解算三维形变场模型易受观测值粗差影响,且基于方差分量估计的定权方法不具备抵御粗差能力,计算效率低下。鉴于此,本文提出了一种基于抗差垂直向方差分量估计的GPS-InSAR融合解算模型,利用方差分量估计方法及抗差估计理论,通过对观测值最优化分类并进行选权迭代,精确分配权重,进而有效计算三维形变场。试验结果表明,该方法能有效抵御观测值粗差不利影响,提高三维形变场反演精度,提升逐点式计算的三维形变场效率。     

短基线集形变模型反演的正则化解算方法

针对短基线集形变模型反演中法方程系数矩阵呈病态的问题,提出一种正则化稳健解算方法。该方法基于Tikhonov正则化理论,将形变速率求解问题转化为极小化问题,根据L-曲线法选取正则化参数,考虑最小二乘残差各个分量间的关系选取正则化矩阵,实现短基线集形变模型反演的稳健解算。分别采用LS法、岭估计法和Tikhonov正则化法对覆盖北京地区的29景ENVISAT ASAR数据进行处理,反演出研究区沉降速率图。通过对代表不同沉降情况的21个点的均方误差值和时间相干值、整个研究区的均方误差图等的对比分析,表明本文提出的短基线集形变模型反演的正则化稳健解算方法可获取更可靠的形变监测结果。     

矿区地表形变PPP监测自适应滤波算法及其应用

矿区地表易发生开裂、移动、塌陷等灾害,对矿区人文及生态环境造成巨大破坏。因此,针对矿区地表的监测研究意义重大。然而,常规的监测数据解算方法精度依赖于先验模型参数的准确性,若模型参数不准确,则解算精度难以满足监测需求。鉴于此,本文提出了基于PPP的矿区地表形变监测自适应滤波算法,并利用矿区工程数据进行试验,验证了算法的优越性。结果表明,本文算法能有效地控制动态模型参数偏差的影响,提高监测数据解算的稳定性,相比传统滤波算法,能够有效提高解算精度。     

InSAR同震地表三维形变反演：一种顾及形变梯度的联合解算方法

同震地表三维形变场是对地震引起的地表形变在真实空间中最直观的描述,在地震形变研究中,同震地表三维形变场的恢复具有重要意义。针对目前地表三维形变解算方法存在的不足和缺陷,提出了一种顾及形变梯度的同震地表三维形变场联合解算方法。该方法利用形变梯度信息将合成孔径雷达干涉（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）观测的形变区域分解成形变梯度近似相等的互不相交的子区域,然后根据子区域内观测值数量选择加权最小二乘法（weighted least square,WLS）或基于应力-应变模型（stress-strain model,SM）和方差分量估计（variance components estimation,VCE）的InSAR三维形变解算方法（SM-VCE）获取同震地表三维形变场。模拟实验和实际震例研究结果表明,相比于传统的WLS和SM-VCE方法,通过形变梯度信息能有效恢复地震破裂带的地表三维形变,得到更加完整和可靠的同震地表三维形变场。     

基于序列差分干涉纹图的地表形变速率提取

介绍了一种基于序列差分干涉纹图的地表形变速率提取算法。该算法根据空间离散分布的相干目标，利用Delaunay三角网构成相位解缠网络，应用最小费用流算法完成相位解缠； 根据序列差分干涉相位，利用线性模型解算相干目标形变速率，进而抑制大气波动对形变信号的影响。以廊坊地区2004~2005年ASAR数据为例，获取了该地区地表沉降线性速率及其演变状况。     

改进的CR-InSAR技术用于四川甲居滑坡形变监测

采用一种改进的基于相位相干性的非线性人工角反射器InSAR解算算法,不仅能有效地避免相位解缠误差,而且对于大尺度形变梯度具有较强的探测能力。将该方法用于四川丹巴县甲居滑坡形变监测试验,获取了位于甲居滑坡上角反射器的形变结果。通过与小基线集InSAR算法以及基于解缠相位的CR-InSAR算法结果比较,该方法更能准确获取非线性形变时间序列结果,合理地揭示了甲居滑坡明显的形变特征。     

时间序列InSAR技术中的形变模型研究

时间序列InSAR技术,包括PS-InSAR技术和小基线集InSAR技术, 能有效克服传统D-InSAR的失相干限制, 逐步成为形变测量中的实用化技术。但是, 现有时间序列InSAR技术主要采用线性函数对真实形变进行模拟, 在真实形变呈现强烈的非线性时, 这种处理将不能得到正确的形变结果。本文就时间序列InSAR的形变模型问题展开研究, 首先从干涉相位模型解算的方法入手, 深入分析了线性形变模型的不足, 当干涉点目标的密度不够并且真实形变的非线性较强时, 干涉相位方程的解将会发散。根据魏尔斯特拉斯逼近定理, 提出以高阶多项式取代线性形变模型, 并给出了基于多项式形变模型的干涉相位方程解算方法。 利用太原市2003-2009年的23景ENVISAT ASAR影像, 分别采用线性形变模型和三次多项式形变模型, 利用小基线集技术进行了形变反演。将这两种方法得到的结果分别与水准测量结果进行了比较。结果表明, 采用多项式形变模型不仅能取得更高的形变测量精度,而且能提高点目标的密度。由于高阶多项式总能比低阶多项式更准确地拟合连续函数, 因此本文提出的多项式形变模型在时间序列InSAR形变监测中具有广泛的应用价值。     

基于TM30的立式储油罐变形分析

通过对某一大型的石油储油罐进行实地观测,阐述了采用徕卡TM30对大型储油罐进行变形观测的工作原理及简单操作流程。用拟合的方法拟合出基准圆及其他每一圈板的圆心,编程实现观测数据的自动化处理,求解出需要的几何参数,节约了工作成本并提高了效率。最后对油罐的变形程度做出分析和评价。     

一种基于点云法向量的基准特征提取与倾斜分析方法

针对目前将三维激光扫描技术应用于变形监测领域存在基准特征难以提取、点云数据分析缺乏适用的方法等问题，本文提出了一种基于点云法向量的基准特征提取与形变分析方法。首先利用局部平面拟合方法获得点云的法向量，并沿点云法矢方向探测基准点；然后利用三次B样条曲线对探测的正确基准点进行拟合；最后根据拟合曲线计算基准高程和对径点倾斜角分析基准特征形变信息。对某化工厂的罐体点云数据进行基准特征提取结果表明，该方法可以快速、全面地获取监测对象的整体信息，且能够正确分析监测对象的基准形变。     

基于放样原理的特种罐内测法容量计量技术

特种罐在能源的储备和运输中具有重要意义,在研究特种罐现有容量计量技术的基础上,自主创新提出了基于放样原理和测量机器人实现特种罐容量快速和精密计量的原理和方法。将特种罐容量计量转化为点位放样问题,较好地克服了全站仪现有测量技术的缺点,并利用软件实现了特种罐容量计量的数据采集、数据计算、数据修正和报表输出的一体化。通过实际测量数据,分析了该方法的测量精度和测量效率。     

基于DEM和水箱理论识别流域河网方法研究

本文应用水箱原理处理流域DEM数据中存在的洼地问题,提出流域河网识别及编码的新方法。首先,确定洼地网格,搜索洼地区域,计算洼地容量,根据水箱原理确定洼地出口,判断洼地的流向;然后,逐层合并消减洼地,修正洼地水流方向;最后,计算网格集水面积,进行河网识别和编码。本文结合云南东川蒋家沟流域的DEM资料进行河网识别,得到了完整的流域河网,结果与实际勘测的河网完全吻合,这表明应用该方法提取流域河网是可行的,能够为进一步的分布式水文、泥石流、环境模型提供条件。     

全部像元参加的影像几何匹配算法

影像几何匹配之目的是从确定对应的影像中提取其间的几何转换参数,在摄影测量测图、变形物面监测和飞行平台动态性能分析等方面有许多实用需求。不同于普遍悉知的特征点影像匹配算法,本文研究的算法是把对应影像内的全部像元素参加匹配运算,从而按最小二乘准则求解对应影像间的几何转换参数值。文中阐述了算法原理,包括灰度对应方程、信息量不等式及最小二乘求解方法,尤其是详细探讨了灰度信息的小波分析及由信噪比计算信息量的方法。为验证本文的理论和方法,采用了直升机载视频相机的序列影像进行了试验,给出了相对定向元素和视差格网的两种解算结果。最后给出了本文方法与传统特征点匹配方法可利用信息量不等式进行对比分析的结论。     

升降轨道ASAR雷达干涉揭示的巴姆地震（Mw6．5）3D同震形变场

通过对覆盖同一地区的升降轨道ASAR雷达数据进行两路差分干涉（D-INSAR）处理，得到了2003年12月26日伊朗巴姆（Bam）地震（Mw6．5）在两种成像几何状态下的视线向（LOS）同震形变场。利用Okada弹性形变模型对形变场进行正演计算，得到地震断层的几何参数及形变的南北向分量。对得到的干涉条纹图进行相位解绕处理，综合分析两种不同的雷达成像几何关系，并利用模型估计得到的南北向分量，计算了该地震造成的3D同震形变场，结果显示了典型的单断层右旋走滑活动特征。研究表明，合并升降轨道雷达数据，能够为形变模型提供有效约束，用一条简化的断层模型就可以解释升降两条轨能的干涉形变场，更为复杂的双断层模型是不必要的。     

GM(1,1)在储罐充水沉降预测中的应用

对大型储罐充水量与罐基础的沉降量关系进行了论述,提出了采用GM(1,1)模型对储罐在充水预压过程中进行罐基础的沉降量预测的方法,并对预测模型的进行了检验,证实了GM(1,1)模型在储罐充水预压过程中进行等水位间隔沉降量预测的可行性。     

湛江某公司12.5万m3油罐基础沉降监测

用充水预压的方法来加固油罐地基是一种经济便捷地提高地基承载力的方法,对油罐的环墙进行监测是实施这种方法时保障其安全的重要手段。本文结合工程实例,介绍了大型油罐的环墙监测的一般方法。     

变形模式的拓扑约束识别

根据变形观测的位移矢量,识别菜体及其运动模式是变形分析一项重要内容,以往的作法是根据矢量作图人工判断变形体,然后选择适当的模式进行拟合。本文提出一种在点位邻接拓扑关系加其他先验信息约束的识别思想及相应算法别人,从而可实现变表模式的自动识别。最后的算例说明了该算法的实现过程,有效性及潜在意义。     

推扫式光学卫星影像系统几何校正产品的3维几何模型及定向算法研究

提出推扫式光学卫星影像系统几何校正产品的3维几何模型的概念,在推导推扫式光学卫星影像系统几何校正产品的3维几何模型基础上,对RPC模型用于表示推扫式光学卫星影像系统几何校正产品的3维几何模型的可行性进行分析,并用SPOT5HRG影像以进行验证。实验表明,RPC模型能够很好地用于表示推扫式光学卫星影像系统几何校正产品的高程起伏引起的变形规律,基于该模型的影像定向精度不低于推扫式光学卫星影像辐射校正产品的严密成像几何模型。