利用雷达干涉测量技术监测分析苏州市地面沉降开题报告

1. 研究目的与意义

地面沉降又被称为地面下沉或者地陷。它是在人类工程经济活动的影响下，由于地下松散地层固结压缩，导致地壳表面标高降低的一种局部的下降运动。地面沉降的具体成因是过量开采地下液体或矿产资源如地下水、石油、天然气等，使得地下松散土层压缩而导致地面高程逐渐降低的工程地质现象。地面沉降是一种缓慢的、累积的、潜在的地质灾害，可能为人类社会带来一系列严重的危害，如丧失适宜人类生存发展的安全地面高度，损坏房屋、道路、地铁及桥梁等建筑物，加重潮灾、涝灾灾情等。地面沉降不仅给社会发展带来重大的经济损失，也严重威胁着人类的生命和财产安全。地面沉降大多发生在人口稠密、经济发达的沿海地区。苏州市人口稠密，经济发达，城市化水平和工业化程度较高，由于经济高速发展和城市规模不断扩大，产生了地质环境负效应和地质灾害，其中地面下沉的影响尤为突出。据江苏省地质调查研究院估算，截止至2000年，由于地面沉降等原因，苏、锡、常地区的经济损失为840亿元。苏州市在20世纪70年代末开始出现较明显地面沉降，80年代及90年代初市区地面沉降加速，苏州市进入一个地面沉降高速发展时段。20世纪90年代中随着政府开始重视地面沉降的治理工作，市区地面沉降趋缓，但地面沉降开始向苏州市郊区扩展，沉降面积明显加大，在苏州市区外围形成新的沉降区。长期以来，大地测量学家和地球物理学者一直在致力探索监测地表形变的技术和方法。近年来，苏州市地面沉降防治工作也有效开展。星载雷达差分干涉测量（d-insar）技术是二十世纪九十年代发展起来的一项对地观测新技术，与常规城市地面沉降监测技术相比，d-insar技术具有大面积、快速、准确、低成本等优势。d-insar技术可用于地震、火山运动、地面沉降以及山体滑坡等地表微小形变的监测，其精度可以达到厘米级甚至是毫米级。d-insar技术是在insar技术上发展起来的，d-insar技术拥有可以获得精度较高的形变量且不受天气的影响等优点引起了国内外相关研究领域的高度关注。从此之后，d-insar技术在变形监测方面的应用在各国快速的被发展应用起来了。

本课题研究的目的是利用雷达差分干涉测量（d-insar）技术测量苏州市地面沉降。雷达差分干涉测量（d-insar）技术是利用雷达载波中的相位信息来获取地表形变，d-insar的技术基础是在insar技术的基础上， 重复进行干涉成像或结合已有的精细dem数据来消除干涉图中地形因素的影响，以此可以检测出地表的微小形变。

通过对苏州市地面形变数据的处理和分析，建立该市的地面沉降趋势场，再根据差分干涉测量技术的原理与方法测量苏州市地面沉降。本课题的主要处理内容是在专业雷达干涉测量软件下利用2015年及2017年两景苏州市sar数据提取苏州市近两年发生的地面沉降，并综合数据及对比对地面沉降、地面沉降量级以及地面沉降发生的原因进行具体分析。

2. 研究内容和预期目标

本文的研究内容是：利用2015年、2017年两景苏州市sar数据，在专业雷达干涉测量软件下提取苏州市近两年来发生的地表沉降，并对地表沉降分析，地表沉降量级具体分析，综合分析地面沉降发生的原因。要求能够针对研究问题自身展开，明晰研究对象，熟悉所应用的研究理论和方法，能够对本研究问题所涉及到的领域有一定的认识和了解，最好能够形成自己的理解。

围绕上述研究目标，论文主要从以下几个方面展开研究：

1. 对苏州市地面沉降的背景、意义进行阐述，并对本领域的国内外研究现状进行总结，介绍本文研究内容、研究方法以及技术路线。查阅资料了解苏州市地面沉降的现状及相关成因。了解国内外地面沉降的监测方法、发展过程及现状。明确d-insar技术在监测地面沉降中的意义。

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   3. 研究的方法与步骤

   本篇论文研究的是：利用雷达差分干涉测量（d-insar）技术测量苏州市地面沉降。

   星载雷达差分干涉测量（d-insar）技术是利用雷达载波中的相位信息来获取地表形变。根据去除地形相位时所采用的方法不同，d-insar技术可以分为“二轨法”、“三轨法”和“四轨法”。常规差分干涉测量技术，首先通过对两景sar影像进行干涉处理得到干涉相位，所利用的一对影像是跨越形变期的，得到的干涉相位中包含形变信息，由于反演干涉相位不仅包含形变信息，还有参考面相位、地形相位、大气效应和其它噪声等，最后进行二次差分处理。“二轨法”和“四轨法”原理是相似的，前者是引入外部dem来消除地形相位，而后者是采用两景干涉影像对来消除地形相位。“三轨法”使用三景雷达影像形成一个地形对和地形形变对来去除地形相位，而获取形变相位的方法，“三轨法”并不需要外部dem的信息，而是利用形变前获取的sar影像进行干涉处理来消除地形的影响。本文数据处理是利用“二轨法”进行图像数据处理，用已知两景影像进行影像配准，并进行一系列的滤波、干涉、去平、相位解缠等处理。结合已知dem反演的干涉相位及干涉处理获得的相位，通过最后一步的处理就能将地形相位从干涉相位中除去，这样处理后得到的相位就只表征地表形变信息，进而可以对地表形变量进行计算。主要研究步骤如下：

   1. 理解d-insar技术测量地面沉降的原理，主要研究“二轨法”的技术原理。

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      4. 参考文献

      [1]葛大庆.区域性地面沉降insar监测关键技术研究[d].北京:中国地质大学(北京), 2013.

      [2]范洪冬.insar若干关键算法及其在地表沉降监测中的应用研究[d].徐州:中国矿业大学(徐州),2010.

      [3]廖明生,王腾.时间序列insar技术与应用[m].北京:科学出版社,2014.

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      5. 计划与进度安排

      一、研究工作准备阶段（2022.2.20——2022.3.26）：

      2022.2.20——2022.3.12为准备工作阶段，包括查阅资料、实验数据收集等；2022.3.13——2022.3.26为开题阶段，主要工作是撰写开题报告等。

      二、研究工作开展阶段（2022.3.27——2022.5.21）：

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