基于SAR干涉测量的山地冰川参数提取与分析

来源 :中国科学院遥感应用研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:slcsg956
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第一次中国冰川目录表明,我国是世界第四大冰川资源国,是中低纬度最大的冰川分布国。青藏高原的冰川资源更是可观,使得冰川在西部水资源变化中占有举足轻重的地位。因此,研究山地冰川的变化无论是对于全球变化还是对于西部干旱区的水资源变化都有着重要的科学意义。   由于山地冰川所处的地理位置和恶劣的自然条件给科学研究带来了重重困难。另外,传统的测量方法也已不能满足快速监测和定量评估冰川变化的需求,迫切需要新的技术方法对中国西部山地冰川变化进行监测。SAR干涉测量技术在数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)重建和地表形变监测等方面具有快速、高精度、全天时、全天候、大区域等突出优势,已成为最具潜力的对地观测新技术之一。并且SAR干涉测量技术已经在极地冰川和格陵兰地区的冰川有了成功的尝试,因此SAR干涉测量技术成为监测山地冰川变化的最佳手段之一,可以获取山地冰川表面的相关信息。   本论文开展了利用SAR干涉测量技术提取山地冰川区域数字高程模型和冰川运动参数的研究,以及利用冰川区的失相干特性提取了冰川边界和面积参数,还尝试了利用人工角反射器干涉测量技术提取冰川表面的运动速度参数的研究。   论文的主要研究内容和创新点包括:   (1)山地冰川区域干涉失相干特性研究。通过对干涉失相干因素的分析,研究了各失相干因素对山地冰川区相干性的影响,并对L波段和C波段的干涉SAR数据进行了干涉相干特性分析,通过研究发现垂直基线和冰川表面的坡度对干涉失相干影响最大,L波段的数据在山地冰川区保持相干性方面比C波段具有优势。基于上述研究,提出了利用山地冰川干涉失相干特性提取冰川边界和面积参数的方法,解决了在有云情况下冰川边界和面积的提取问题。   (2)成功提取青藏高原冬克玛底冰川的数字高程模型,并对提取结果进行了验证,取得了较高的提取精度。   (3)冰川底部滑动速度参数提取。从冰川学的角度来讲,冰川底部滑动速度的提取相比于冰川表面运动速度的提取要困难得多。基于此本文提出了根据冰川周围地形变化反推冰川底部滑动速度的方法,获取了冷冰川底部滑动速度参数,并根据所用干涉数据的时相信息对冰川底部滑动规律进行了分析。   (4)山地冰川冰面冰流运动速度参数提取方法研究。本文分别用C波段短时间间隔的SAR数据和L波段的SAR数据首次成功提取了唐古拉山冬克玛底冰川的冰面冰流运动速度,取得了很好的结果。并对两种干涉数据的提取结果进行了对比,最后利用实测冰流运动速度对所得结果进行了验证。   (5)人工角反射器干涉测量技术(CRInSAR)提取山地冰川冰面冰流运动速度参数。本文首先探讨了角反射体的几何设计和冰川表面的布设安装问题,并针对冰川运动相对较快的特点,提出了利用定标后SAR图像根据角反射器与周围地物后向散射系数的不同来定位角反射器的方法,有效的避免了根据角反射器经纬度定位带来的误差。接着对CRInSAR的整个技术流程进行了阐述,针对山地冰川在SAR数据的一个回访周期内的运动量较大,无法用相位解缠算法恢复出角反射器全相位的问题,提出了基于先验知识的冰川运动全相位恢复方法,获得了比较好的结果,并用实测数据对结果进行了验证。
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