GNSS与InSAR地面形变监测深度融合

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随着社会经济快速发展,人口密集程度持续增加,基础设施建设不断完善,人类对于自然资源的需求量不断加大,导致地面出现形变现象,因此需要采用地面监测手段对地面沉降进行长期的监测。目前地面沉降监测技术众多,其中传统水准测量技术精度最高,但对于大区域的地面形变监测,其监测成本较高;近年来,GNSS与InSAR技术被广泛应用于地面形变监测领域,GNSS技术由于地面监测站建设成本的限制,其地面形变监测空间分辨率较低;InSAR可以实现大区域、空间分辨率较高的地面形变监测,但受限于卫星轨道定位精度、大气层相位延迟误差等因素,其时间分辨率与地面监测精度较低。如何使用GNSS地面监测技术所提供轨道参数、大气层延迟改正模型等高精度产品,对InSAR数据处理中的系统误差进行改正,获取高精度的地面形变量具有重要的研究意义。天津,我国主要沿海开放城市之一,与北京、河北共同达成京津冀协同发展战略,城市建设与地下资源的开采,导致地面呈现沉降现象,城市居民生命及财产安全被迫受到威胁。以天津地区为例,本文采用InSAR、GNSS技术及附加系统参数的GNSS/InSAR融合函数模型获取该区域内的地面形变量时间序列,并采用水准监测成果完成实验方法与结果的验证。(1)本文介绍了InSAR基本原理与SBAS时序分析方法,采用2014年10月至2017年12月共38景Sentinel-1A雷达影像数据,基于SARscape软件与SBAS时序分析方法,生成并分析了天津地区地面沉降变化量;(2)采用天津市CORS站网监测数据,以周边地区IGS站监测数据为约束,基于GAMIT/GLOBK软件进行基线解算,获得CORS站单天解与非线性项低频重构值,分析天津地区垂直方向地面沉降变化趋势;(3)根据InSAR与CORS监测结果,采用GNSS/InSAR融合函数模型,以CORS站地面形变监测结果为基准,计算InSAR地面形变监测中整体系统误差的改正数,获得GNSS/InSAR融合模型计算的地面形变量时间序列,采用水准监测成果对实验方法与结果进行验证;(4)三种方法获得地面形变量空间分布基本一致。天津地区武清区西南部地区、西青区与北辰区接壤地区、静海区东部地区地面形变呈现明显的沉降现象,累积沉降量为120 mm;天津市中心地区地面形变变化趋势稳定。根据天津市水准监测数据对地面形变量进行验证,其2015-2016年水准地面沉降监测量与InSAR地面沉降监测量、GNSS/InSAR融合函数模型地面沉降量差的RMS分别为13.839 mm、10.482 mm,2016-2017年水准地面沉降监测量与InSAR地面沉降监测量、GNSS/InSAR融合函数模型地面沉降量差的RMS分别为11.912 mm、10.596 mm,两期GNSS/InSAR与水准地面沉降量差值的均方根误差都小于InSAR与水准地面沉降量差值的均方根误差,验证了该方法可以对InSAR监测及数据处理中的系统误差进行整体性补偿,能够提高InSAR地面形变量监测精度。
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