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吴哥遗产地位于现今柬埔寨西北方暹粒省,是公元9至15世纪东南亚高棉王国的都城所在地,也是工业革命前全球规模最大的聚落群。吴哥古迹宏伟壮丽,采用砂岩石材筑垒而成,其垒石构建方式和精美的浮雕艺术代表了东南亚早期建筑的杰出成就,蕴藏于其中的高棉文明对东南亚地区早期的政治、经济、文化、宗教等的发展起了决定性作用。1992年,吴哥古迹入选联合国教科文组织(UNESCO)世界文化遗产。然而,吴哥遗产地的大部分古建筑现已倒塌成废墟,其保护和修复已成为柬埔寨政府以及国际社会高度关注的热点问题,急需开展遗产地的形变监测与风险评估,为吴哥古迹的可持续发展提供科学依据和决策支持。传统的文化遗产监测方法在获取长时序、大范围的遗产地地表形变信息方面存在诸多局限,干涉雷达凭借雷达遥感全天候、全天时的对地观测能力,为开展遗产地及其周边环境的长时间序列地表形变监测提供了科学、有效的解决方案。 论文主要对基于二次构网和参数稳健估计的永久散射体雷达干涉方法和多维层析SAR方法,以及以上两种方法分别在吴哥遗产地及其周边地表的大范围形变监测和复杂古建筑群的精细形变监测中的应用开展了深入研究。 吴哥遗产地所在区域属热带季风季候,大气效应显著,在形变反演中易因大气相位估计不准确而引入误差;此外,该区域热带植被生长茂盛,森林的体散射降低了SAR影像序列的相干性,且吴哥古迹散布于热带森林和农田中,造成高相干目标点空间密度点且分布不均匀。为克服以上因素对干涉雷达应用于吴哥遗产地形变监测的影响,本文提出了二次构网的方法,来提高永久散射体所构建连通子网的空间覆盖度和网络稳健型,并通过参数稳健估计方法来提高参数估计的可靠性和精度,突破传统参数估计方法的固有误差限制。同时,由于吴哥古寺庙群建筑结构复杂、规模宏大,其在SAR影像中的“叠掩”效应导致传统干涉雷达方法无法区分“混叠”像元中的多个散射体,文中利用改进后的多维层析SAR方法进行复杂古寺庙建筑群的形变监测,采用多次构网的思想分步提取单、双永久散射体,并获取其形变信息。此外,改进后的方法可以用于局部区域内邻近古寺庙群的整体形变监测,提高了监测效率。论文最后,结合相关辅助数据,对形变监测结果进行了分析,并对吴哥遗产地的保护和可持续发展提出了科学建议。 本文的主要研究工作和创新成果包括如下几个方面: 1)提出了基于二次构网和参数稳健估计的永久散射体雷达干涉方法,通过充分利用高置信度永久散射体扩大了连通网络的空间覆盖度,并提高了网络连接的稳健性。同时,在采用传统方法进行离散空间参数估计的基础上,采用加权迭代最小二乘的参数稳健估计方法来进行连续空间的参数优化,突破了传统方法的固有误差限制,兼顾了计算效率和参数估计精度。 2)提出了基于多次构网的多维层析SAR雷达干涉方法,采用二次构网的思想,通过多维层析成像来提取高置信度单散射体并修正第一层网,再以第一层网的单散射体为参考点构建局域星状网形成第二层网,该方法可扩大热带雨林地貌下的形变监测范围,有效分离“混叠”像元中不同高度向的多个散射体,并获取其线性形变和周期性非线性形变信息。 3)首次开展了吴哥遗产地近十年尺度的形变监测研究,研究表明在吴哥遗产地缓冲区范围内无显著地表沉降,在其南部暹粒市城镇区存在沉降趋势;通过结合相关辅助数据对形变影响因素进行分析,探讨了常住人口总数和旅游人数的急剧增长引起的地下水过量开采,以及城镇用地快速扩张对地表沉降的直接影响,并对吴哥遗产地的保护和可持续发展提出了科学建议。 综上,本文针对吴哥遗产地的地貌特性进行了长时序雷达干涉方法的深入研究,并开展了吴哥遗产地及其周边地表大范围形变监测和复杂古寺庙群的精细形变监测,并结合辅助数据进行了形变反演结果和影响因素的分析,为吴哥遗产地的监测和保护提供了有效途径,同时,该方法亦可推广应用于热带雨林地貌下的地表形变监测。