胡紀(jì)元

1. 河南大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院，河南 開封 475004; 2. 黃河中下游數(shù)字地理技術(shù)教育部重點(diǎn)實驗室(河南大學(xué))，河南 開封 475004

論文以武漢市巖溶地表塌陷/沉降和南寧市柳沙半島滑坡、武漢白沙洲大橋及綠地中心為研究對象，分別研究了基于StaMPS-MTI多時相InSAR技術(shù)的武漢巖溶地表致陷(沉)因子定量評估以及基于GBRI的城市滑坡與結(jié)構(gòu)的形變監(jiān)測。主要研究內(nèi)容包括。

(1) 提出了基于多尺度BP濾波的“相位-高程”對流層延遲改正方法，并將其集成到StaMPS-MTI多時相InSAR數(shù)據(jù)處理軟件中進(jìn)行實例測試，對伊朗44幅Sentinel-1A得到的結(jié)果與GACOS對流層延遲產(chǎn)品進(jìn)行比對，基于BP濾波“相位-高程”對流層估計模型改正后的解纏相位RMS最大為2.3 rad，均值為1.47 rad，兩指標(biāo)均較采用GACOS方法要小，進(jìn)而驗證了該方法的有效性。

(2) 考慮了雷達(dá)入射角偏差、鄰軌獨(dú)立多時相InSAR處理中參考點(diǎn)選取差異對鄰軌拼接結(jié)果的影響，提出了基于區(qū)塊采樣求加權(quán)速率差眾數(shù)的鄰軌StaMPS-MTI形變速率拼接方法，利用該方法完成了武漢TerraSAR-X Track 8和Track 9的多時相InSAR結(jié)果拼接，鄰軌重疊區(qū)域的加權(quán)速率差眾數(shù)為1.37 mm/a，拼接結(jié)果消除了拼接前鄰軌重疊區(qū)域明顯的速率梯度跳變。

(3) 引入了交叉小波變換的位移-水位耦合分析和基于建筑物密度指數(shù)法(IBI)對武漢巖溶地表塌陷/沉降從工商業(yè)分布(用水)、水文地質(zhì)條件、孔隙/巖溶水變化、市政建設(shè)、建筑物荷載等方面進(jìn)行分析和致陷(沉)因子定量化。結(jié)果表明：武漢北部地區(qū)地面沉降與工業(yè)生產(chǎn)區(qū)在空間分布上具有較高的空間相關(guān)性；巖溶高度發(fā)育的白沙洲地區(qū)，在典型的“上黏下砂”覆土二元結(jié)構(gòu)、長江兩岸一級階地的長江水-孔隙水-巖溶水快速水力循環(huán)、地上工程建設(shè)抽水及地下30 m空間內(nèi)開挖的共同作用下，加速了白沙洲地區(qū)地下潛蝕和真空吸蝕過程，從而導(dǎo)致了歷史上的多次巖溶地表塌陷以及巖溶帶上的地表沉降；沉降速率大的地區(qū)總體上對應(yīng)著較大的IBI值，但不能表明筑物荷載就是地面沉降的主導(dǎo)因素，因為即使在沉降率最為顯著的地區(qū)，IBI與地表形變速率之間最大相關(guān)系數(shù)僅為50%。

(4) 對于小場景的GB-SAR形變結(jié)果通常是直接以雷達(dá)坐標(biāo)系或疊加在DEM上構(gòu)成二維位圖形式展示的，不利于形變結(jié)果的解釋，特別是需要將形變匹配到具體的地理場景中時，提出了虛擬現(xiàn)實全景技術(shù)(VRP)將場景的視線向形變投影至基于無人機(jī)(UAV)采集的研究區(qū)域圖像而生成的全景圖中。利用該方法對南寧柳沙半島滑坡的GB-SAR形變結(jié)果和滑坡區(qū)域地形、建筑三維重建模型進(jìn)行疊加，實現(xiàn)了柳沙滑坡位移時程3-D表達(dá)。

(5) 針對基于FFT的頻譜辨識法在提取結(jié)構(gòu)多頻振動參數(shù)時對高階頻率不敏感、提取誤差大的問題，提出了綜合顧及全局和局部搜索能力的序列二次規(guī)劃優(yōu)化遺傳算法(SQP-GA)，并將該算法應(yīng)用于武漢白沙洲大橋和武漢綠地中心的形變監(jiān)測及多頻振動參數(shù)提取。較頻譜辨識法，SQP-GA不僅能較準(zhǔn)確地提取更高階數(shù)的結(jié)構(gòu)振動主頻，同時能獲取各階主頻響應(yīng)下的正余弦振動分量，進(jìn)而實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)在自然環(huán)境激勵下振動時程的反演。另外基于兩臺GB-RAR在正交方向上獲得的武漢綠地中心位移時程，以及基于高分辨率TerraSAR-X影像的綠地金融城建筑物形變監(jiān)測，進(jìn)而獲得綠地中心模態(tài)振型和其附屬樓群的精細(xì)化監(jiān)測。