城市基础设施健康InSAR监测方法与应用

　　具有高精度地表形变监测能力的合成孔径雷达干涉测量技术（InSAR）是遥感应用领域中的前沿技术，在城市基础设施结构健康监测中具有巨大的应用潜力。本书聚焦基础设施安全InSAR监测应用，首先概述雷达干涉形变测量基本理论，然后介绍适应于不同建成环境监测的时序InSAR方法，通过典型案例展示了其在桥梁、地铁、机场、建筑等基础设施形变监测中的表现，最后给出了面向工程化应用InSAR系统的研发思路及方法。通过本书内容，旨在提高雷达遥感技术在城市监测中的精细化水平，推动InSAR在基础设施尤其是重大基础设施安全运维方面的应用。

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目录

丛书序

序

前言

第1章 绪论 1

1.1 城市基础设施健康InSAR监测基本概念 1

1.2 星载SAR系统介绍 2

1.3 SAR影像基本特征 7

1.3.1 成像原理 7

1.3.2 SAR影像特征 9

1.4 本章 小结 13

参考文献 13

第2章 合成孔径雷达差分干涉 15

2.1 合成孔径雷达干涉测量 15

2.2 去相干 17

2.2.1 时间去相干 17

2.2.2 几何去相干 18

2.3 大气效应 19

2.3.1 电离延迟 19

2.3.2 非电离延迟 20

2.4 相位解缠 21

2.4.1 单基线相位解缠 21

2.4.2 多基线相位解缠 24

2.4.3 单基线与多基线相位解缠结合 26

2.5 差分干涉形变反演 28

2.6 本章 小结 32

参考文献 32

第3章 永久散射体干涉测量 34

3.1 PSInSAR主要方法 34

3.2 经典PSInSAR算法 37

3.2.1 幅度离差选取PS候选点 38

3.2.2 Delaunay三角构网 39

3.2.3 周期图法解算弧段相对参数 39

3.2.4 最小二乘平差 41

3.2.5 APS估计及非线性形变反演 43

3.3 基于二层网络的PS点稳健估计算法 43

3.3.1 混合方法选取PS候选点 45

3.3.2 自适应加密网 46

3.3.3 M估计 47

3.3.4 岭估计平差 50

3.3.5 全方向扩展网 53

3.4 本章 小结 56

参考文献 56

第4章 分布式散射体干涉测量 58

4.1 分布式散射体统计模型 58

4.2 同质点选择 63

4.2.1 非参数同质点检验算法 64

4.2.2 参数同质点检验算法 66

4.3 DS目标的相位重建 67

4.3.1 基于最大似然估计的方法及其变体 68

4.3.2 基于本征值分解的方法 71

4.3.3 基于整数最小二乘的相位重建方法 73

4.4 基于二层网络的PS点和DS点联合探测 74

4.5 本章 小结 78

参考文献 79

第5章 合成孔径雷达层析成像 81

5.1 SAR层析信号模型 81

5.1.1 3-DSAR 82

5.1.2 4-DSAR 85

5.1.3 5-DSAR或扩展4-DSAR 86

5.2 谱估计层析成像方法 87

5.2.1 Beamforming算法 88

5.2.2 SVD算法 88

5.2.3 Capon算法 89

5.2.4 MUSIC算法 90

5.2.5 CS算法 90

5.3 基于二层网络的单PS和双PS联合探测 94

5.3.1 幅度和相位定标 96

5.3.2 第一层网络探测最稳定PS点 96

5.3.3 第二层网络扩展双PS点 97

5.3.4 基于局部极大值比提取双PS点 98

5.4 本章 小结 100

参考文献 101

第6章 城市大型线状地物监测 103

6.1 深圳湾大桥 103

6.1.1 实验区域 103

6.1.2 实验数据和方法 105

6.1.3 结果分析 108

6.2 京石高铁桥梁(石家庄段) 111

6.2.1 实验区域 111

6.2.2 实验数据和方法 113

6.2.3 结果分析 115

6.3 香港沙中线(土瓜湾站) 124

6.3.1 实验区域 124

6.3.2 实验数据和方法 125

6.3.3 实验结果 126

6.4 本章 小结 131

参考文献 131

第7章 沿海城市填海区沉降监测 133

7.1 香港国际机场填海区沉降 133

7.1.1 实验区 133

7.1.2 实验数据和方法 135

7.1.3 PS和DS监测结果 137

7.1.4 精度验证 141

7.2 香港迪士尼新填海区早期非线性地表沉降 145

7.2.1 实验区域及数据 145

7.2.2 实验方法 149

7.2.3 结果分析 152

7.3 本章 小结 158

参考文献 158

第8章 单体新建设施监测 160

8.1 香港新建成混凝土高楼变形 160

8.1.1 新建混凝土高楼变形 160

8.1.2 实验数据和方法 161

8.1.3 结果和讨论 162

8.2 深圳文博大厦地基沉降 171

8.2.1 实验区介绍 171

8.2.2 实验数据和方法 173

8.2.3 实验结果 173

8.3 上海浦东在建区域沉降 178

8.3.1 实验区 178

8.3.2 实验数据和方法 180

8.3.3 实验结果 181

8.4 国家会展中心周边区域形变 186

8.4.1 实验区 186

8.4.2 实验数据和方法 186

8.4.3 实验结果 188

8.4.4 归因分析 192

8.5 本章 小结 193

参考文献 193

第9章 时序InSAR分析软件开发实践 195

9.1 研发基础介绍 195

9.1.1 基础简介 195

9.1.2 C++简介 195

9.1.3 Qt简介 195

9.1.4 GDAL简介 196

9.1.5 其他通用库 197

9.2 系统架构与关键代码实现 198

9.2.1 软件介绍 198

9.2.2 软件架构 200

9.2.3 工程树实现 200

9.2.4 时序处理关键技术实现 203

9.2.5 MPI和GPU 207

9.3 时序InSAR数据处理实践 209

9.3.1 时序InSAR软件功能介绍 209

9.3.2 COSMO-SkyMed数据处理 214

9.4 本章 小结 219

参考文献 219

作者简介