摘要
地表形变是由于自然因素或人为因素造成的地球表面标高变化或产生位移的现象，是常见的一种地质灾害。城市地区人员密集，基础设施众多，地表形变会造成城市基础设施发生形变，给生命及财产安全带来极大威胁。上海市作为我国地表沉降发现最早且沉降影响最为显著的城市之一，对上海市城市地表及城市基础设施进行大范围的长期的形变监测尤为重要。 传统监测城市地表形变的方法主要有高精度的水准测量及GNSS测量，GNSS测量时间分辨率较高，但空间分辨率较低且测量成本较高，较难在短时间内得到大面积的面域地表形变结果。合成孔径雷达干涉测量（Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR）技术是一种测量成本较低的新兴空间观测技术，能够在短时间内得到覆盖范围广、精度高、空间分辨率高的地表高程及形变信息。 基于永久散射体的雷达干涉测量技术（PSInSAR）是将SAR影像时间序列中具有高相干性的点目标作为测量对象进行技术处理，得到长时间序列的地表变化信息。城市中的混凝土建筑物、桥梁、道路、铁路、人工角反射器、裸露的岩石等是永久散射体（PS点）的主要来源，因此PSInSAR技术在城市形变监测中优势极为明显。 本文主要采用X波段的TerraSAR和COSMO-SkyMed高分辨率雷达卫星数据，C波段的ENVISAT ASAR数据和Sentinel-1A等多种星载SAR影像数据进行了基于PSInSAR技术的上海市城市地表沉降监测研究。论文主要研究内容和成果如下： （1）本文对SAR、InSAR、DInSAR、PSInSAR技术的发展及原理进行了介绍，给出了InSAR、DInSAR、PSInSAR技术的处理流程。 （2）本文以上海市轨道交通6号线为研究对象，采用多源SAR数据对上海市轨道交通6号线沿线地表进行了PSInSAR技术处理，得到上海市轨道交通6号线沿线地表的时间序列形变结果。实验结果显示，多源SAR数据得到的地铁沿线地表形变情况具有较好的一致性，且与精密水准数据也具有较好的一致性。进一步说明了采用PSInSAR技术监测城市地铁沿线地表形变的可靠性。 （3）本文以上海内环高架桥为研究对象，采用高分辨率SAR数据对上海内环高架沿线进行了PSInSAR技术处理，并结合聚类分析法得到上海内环高架桥的形变信息。实验中分离出了上海内环高架桥上的相干点、桥下的地面相干点以及其他不属于道路系统的相干点，提取出了实验结果中两段形变较明显的路段进行了沉降结果分析。实验结果显示，地面上的相干点形变明显大于高架上的相干点，说明了地面发生沉降会对高架桥的稳定性产生一定影响。同时，将InSAR技术手段得到的形变结果结合桥墩精密水准测量数据进行对比，对比结果显示具有较好的一致性，进一步说明了采用高分辨率SAR数据监测高架桥梁形变的可行性及可靠性。 （4）由于上海南汇新城镇是于21世纪初围海造田而成，因此地质结构尚未稳定，对此区域的沉降监测及沉降机理研究亟待研究。本文实验采用PSInSAR技术处理Sentinel-1A卫星数据，对2016年-2018年南汇新城进行了大面积的地表沉降监测，得到了滴水湖区域及防海大堤的时间序列形变结果。并结合该实验区域的地层岩性特点及该研究区域内三个均匀分布的监测水井的地下水位变化信息，估算出了该水井处的含水层系统的释水系数，对该地区的沉降原因进行了分析。
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