11基于GPS_CR_InSAR技术的高速公路采空区路基变形监控研究_杨侣珍.docx
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1、 学 校 代 号 : 10536 学 号 : 06111148 长沙理工大学硕士学位论文 基于 GPS、 CR-InSAR 技术的高速公路 采空区路基变形监控研究 学 位 由 请 人 姓 名 杨 侣 珍 培 养 单 位 长 沙 理工 大 学 导 师 姓 名 及 职 称 商 勇 勤 教 授 学 科 专 业 道 路 与 铁 道 工 程 研 究 方 向 路 基 与 路 面 工 程 论 文 提交 日 期 200 9 年 5 月 论 文 答辩 日 期 20 0 9 年 5 月 答 辩 委 员 会 主 席 Study on Transform Supervision and Application in
2、Using Technical of GPS and CR-InSAR to Monitor goaf Highway by YANG Lvzhen B.E.(ChangSha University of Science & Technology) 2006 A thesis submitted in partial satisfaction of the Requirements for the degree of Master of Engineering in Discipline of Highway & Railway Engineering in Changsha Universi
3、ty of Science & Technology Supervisor Professor RUI Yongqin May, 2009 长 沙 理 工 大 学 学 位 论 文 原 创 性 声 明 本人郑重声明 : 所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究 成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何 其他个人或集体已 经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体,均已在文中 以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法 律后果由本人承担。 作者签名: 日期年 r 月, y 曰 学 位 论 文 版 权 使 用 授 权 书 本学位论文作者完全了解学校
4、有关保留 、 使用学位论文的规定 , 同意学 校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被 查阅和借阅。本人授 权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容 编入有关数据库进行检索,可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和 汇编本学位论文。 本学位论文属于 1、 保密 ,在 年解密后适用本授权书。 2、 不保密 0。 (请在以上相应方框内打 “ V”) 作者签名 : 日期: I 月丨 曰 导 师 签 名 日期 年 5 月 日 摘 要 随着交通事业高速公路的迅速发展 , 不同的交通线路必定要穿越不同的地质 区域 对高速公路而言,当穿越矿产资源十分丰富地区时,可能面临因矿
5、区的开 采,采空区 沉陷所导致的矿区高速公路路基路面失稳与破坏问题。高速公路的变 形监测方法有很 多,包括常规监测、空间监测方法等,但是真正能实现大面积、 高度自动化和高精度 监测的方法很少,将 GPS、 CR-InSAR 技术应用于矿区的高速 公路变形监测是一个崭 新的话题。本文正是在这个背景下,依托实际工程,对高 速公路路基路面变形破坏规 律和工程处治措施进行研究。 本文分析了高速公路路基路面变形破坏的类型以及影响因素 , 重点研究了矿 区开 采引起的地面沉降对高速公路的危害性,阐述了高速公路变形研究方法与关 键技术 主要分为几类:全站仪测量、 GPS机多天线变形监测、数字摄影测量、 In
6、SAR 和 D-InSAR 监测技术、 InSAR 技术与 GPS 技术的融合、光纤应变监测技术、 声发射 AE 监测技术等。 本文主要介绍了 D-InSAR 技术基本原理以及图像的处理技术。 D-InSAR 测量 技 术通过比较两幅 SAR 影像的相位变化初步求出地表的形变 , 通过对干涉相位差 中的平 地相位和地形相位的消除,进而可以获得地表形变信息。 D-InSAR 数据处 理流程及关 键步骤包括:复数影像的配准、基线估计、干涉成像、去除平地效应、 去噪滤波、相 位解缠、差分干涉等几个步骤。同时,研究了更实用于现场高速公 路采空区沉降变形 CR-InSAR 应用技术。 最后 , 本文结合
7、工程实例 , 利用 GPS、 D-InSAR 和 CR-InSAR 等监测技术手段 对 禹州至登封高速公路进行变形监测,重点选取 K69 K81 路段进行分析。对于路 线上 的各种破坏情况进行研究和实地考证,同时对监测结果进行对比分析,根据 高速公路 采空区路基路面稳定性评价标准体系中,采空区路基路面稳定性指标和 采空区高速公 路结构物、地表破坏等级分类提出相应处治措施。 通过本论文的初步探讨 , 渴望研究成果能为高速公路路基路面变形控制工程 研究 设计和施工提供一定的参考,实现公路防灾减灾与安全运营的目的。 关键词:高速公路;路基路面;采空区; GPS; CR-InSAR;变形监测 ; ii
8、 ABSTRACT With the rapid development of high-speed transport services, different transport routes must pass through different geological regions, on the highways, when across the region very rich in mineral resources, may face due to the exploitation of mining areas, mined-out area of subsidence cau
9、sed by Subgrade mining instability and damage the road surface, there are many methods of Highway deformation monitoring, including routine monitoring, monitoring methods and so on, but really to achieve large-scale, highly automated method and very few high-precision monitoring, the GPS, CR-InSAR t
10、echnology in the mining area of the highway deformation Monitoring is a new topic. This article is under this background, depends on the practical engineering, road subgrade of the highway laws of deformation and failure treatment measures and engineering research. Introduced briefly the highway Sub
11、grade outlined the type of surface deformation and damage, as well as the impact of factors, the focus of analysis of mining-induced land subsidence on the dangers of the highway on the highway deformation method and key technologies. Mainly divided into the following categories: Total Station measu
12、rement; GPS antenna of a multi-plane deformation monitoring; digital photogrammetry; InSAR, D-InSAR monitoring techniques; InSAR technology and the integration of GPS technology; fiber-optic strain monitoring techniques; AE Acoustic Emission Monitoring Technology and so on. Main introduced D-InSAR t
13、he basic principles of technology and image processing technology. D-InSAR measurement technique by comparing the two SAR images to derive the initial phase changes in the Earth*s surface deformation, phase difference of interfering in the topography of the ground phase and the elimination phase, an
14、d surface deformation information available. D-InSAR data processing processes and key steps include: the plural image registration, baseline estimation, interference imaging, remove the ground effect, noise filtering, phase unwrapping, a few steps, such as differential interference. Finally, the un
15、ion project example, the use of D-InSAR, GPS and other monitoring technologies to Dengfeng on the highway for Yuzhou deformation monitoring, the focus on the section K69 K81 selected for analysis. For a variety of road damage on the research and field research, at the same time on the monitoring res
16、ults were analyzed, according to the highway embankment road goaf stability evaluation criteria system goaf stability of roadbed surface indicators and high-speed HI goaf highway structures, classification of surface damage to the corresponding treatment measures. The hope through this paper prelimi
17、nary study, the road to the highway roadbed deformation control engineering research, design and construction to provide a reference for the realization of disaster prevention and mitigation. Key words: Expressway; Subgrade and Pavement; goaf; GPS; CR-InSAR; Deformation and monitor 目 录 m w . i Abstr
18、act . II 第一章绪论 1.1 问题提出 . 1 1.2 研究目的、意义 . 2 1.3 高速公路变形破坏类型及特点 . 3 1.4 国内外高速公路变形监测研究现状 . 8 1.5 主要研究内容与技术路线 . 12 第二章高速公路常规监测与空间对地观测技术 2.1 高速公路路基路面常规监测技术及特点 . 15 2.2 空间对地观测技术 . 19 2.3 小结 . 36 第三章 D-InSAR 监测技术的数据处理方法研究 3.1 D-InSAR 技术基本原理 . 38 3.2 D-InSAR 监测技术数据处理 . 38 3.3 工程数据处理分析 . 45 3.4 小结 . 47 第四章路基
19、路面变形机理与工程病害处治 4.1 路基路面变形机理研究 . 49 4.2 高速公路采空区路基路面稳定性评价标准体系 . 50 4.3 高速公路下覆采空区处治措施与方法 . 55 4.4 小结 . 59 第五章 InSAR 技术在禹州至登封高速公路中的应用 5.1 工程背景 . 60 5.2 D-InSAR 变形结果分析 . 60 5.3 CR-InSAR 变形结果分析 . 71 5.4 禹登高速公路采空区沉降水准观测分析 . 75 5.5 小结 . 77 第六章结论与展望 6.1 主要结论 . 78 6.2 主要成果 . 78 6.3 展望 . 79 参考文献 . 80 SC 83 附 录(
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