臺灣博碩士論文加值系統

合成孔徑雷達差分干涉法(Differential Interferometric SAR，D-INSAR)是遙測學上的一項新測量方法，它可以用來獲取地表變形資訊。與其它地表變形測量方法(如地面測量、航空攝影測量、GPS測量、雷射掃描)比較，此方法具有許多優點，例如它不必到達實地地面即可施測、受雨雲霧之影響小且具全天候資料蒐集之能力、提供大範圍的量測資訊、節省較多的人力與物力、可快速求得突然的地表起伏變化(如地震、山崩)與緩慢的地表起伏變化(如地層下陷)……等等。
三軌跡法(Three Pass Method)就是D-INSAR技術的一種，本文選用發生在1999年921大地震前後(1月21日、5月6日、9月23日、10月28日)共四張中部地區之歐洲遙測資源衛星ERS 2影像做為實驗資料。以地震前之影像對製作產生地形之干涉圖像；再以地震前後之影像對製作產生另一組干涉圖像，將此兩干涉圖像之相位訊息相減，便可獲得地震前後之地表位移量。
實驗成果初步顯示與GPS成果吻合，其平均誤差約6.5公分。顯示三軌跡法與ERS資料在適當之資料處理下，可以偵測臺灣都市地區地貌之變化；本文並分析此法偵測台灣都市地區地貌變化之能力與探討在PHASE這套軟體產生地表位移圖時，可能發生之實務問題與可能的解決辦法。

D-INSAR is a remote sensing technique for extraction of surface deformation. Comparing with other techniques (for example, field surveying, Global Positioning System, Aerial Photogrammetry, air-borne Laser Scanning), D-INSAR has some advantages. In addition to the inherent advantages, this technique can collect data day and night even under the rainy, cloudy, or foggy weather condition. Moreover, it can extract abrupt change due to the earthquake and the landslide or slow change due to the landsubsidence.
Three pass method is one of D-INSAR techniques. The test data used in this thesis are acquired on January 21, May 6, September 23 and October 28 1999 from ERS 2. The test site is in the urban area of central Taiwan. A SLC image pair taken before the earthquake creates the phase due to topography and the SLC image pairs taken before and after the earthquake create the phase due to topography and displacement. The displacement values due to the earthquake can be estimated from these two sets of phase data.
The mean difference of the estimated displacement values by D-INSAR and the ones determined by GPS is about 6.5cm. It indicates that three pass method and ERS data processed properly can detect height surface deformation in urban area in Taiwan. This research analyzes the ability of detecting height surface deformation in urban area in Taiwan and discusses some practical problems and solutions when three pass method developed in the PHASE software creates displacement map.

中文摘要…..…………………………………………………………….….Ⅰ英文摘要…..…………………………………………………………….….Ⅱ誌謝…………………………………………………………………………Ⅲ目錄…………………………………………………………………………Ⅳ表目錄………………………………………………………………………Ⅵ圖目錄………………………………………………………………………Ⅶ
第一章 緒論…………………………………………………………………1
§1-1前言……………………………………………………………1
§1-2文獻回顧………………………………………………………3
§1-3研究方法與流程………………………………………………6
§1-4論文章節架構…………………………………………………9
第二章 INSAR及D-INSAR基本原理 …………………………………..10
§2-1 INSAR及D-INSAR研究背景………………………………10
§2-2 INSAR資料獲取方式及主要干涉條件限制………………..10
§2-2-1 INSAR資料獲取方式………………………………...10
§2-2-2 INSAR主要干涉條件限制…………………………...12
§2-3 D-INSAR基本原理 …………………………………………13
§2-3-1位移模式………………………………………………14
§2-3-2三軌跡法………………………………………………17
§2-4基線估值……………………………………………………..21
§2-5影響干涉圖像精度之主要因子……………………………...23
第三章 方法與實例…………………..…………………………………….28
§3-1實驗區域資料說明…………………………………………...28
§3-2兩衛星軌道間基線的估值…………………………………..32
§3-3兩單觀點複數影像套合及重新取樣………………………..32
§3-3-1影像套合……………………………………………….33
§3-3-2影像重新取樣………………………………………….37
§3-4產生干涉圖像………………………………………………..39
§3-4-1計算兩衛星軌道間的基線估值………………………40
§3-4-2計算相位差……………………………………………41
§3-4-3多觀點平均……………………………………………42
§3-4-4同調性影像……………………………………………44
§3-5相位平滑處理之濾波器種類……………………………….44
§3-6相位還原……………………….……………………………45
§3-7干涉圖像幾何改正………………………………………….48
§3-8產生地表移位圖…………………………………………….52
第四章 實驗成果與分析………………………………………………….63
§4-1車籠埔斷層地表破裂線(帶)之衛星定位測量移位分析成
果……………………………………………………………..63
§4-2 D-INSAR產生之地表位移圖………………………………70
§4-3成果分析…………………………………………………….72
§4-3-1「位移模式」與「三軌跡法」成果之比較…………72
§4-3-2「GPS」與「三軌跡法」成果之比較……………….73
§4-4影響成果好壞之因子……………………………………….74
§4-4-1計算基線模式之選擇…………………………………75
§4-4-2低通濾波器的參數選擇………………………………77
第五章 結論與建議 ………………………………………………………80
附錄一………………………………………………………………………83
附錄二………………………………………………………………………84
附錄三………………………………………………………………………85
參考文獻 …………………………………………………………………..86
表目錄
表1-1 衛載雷達影像的各種主要參數……………………………………..7
表3-1 單觀點複數影像涵蓋範圍表……………………………………….30
表3-2 干涉圖像初始基線長與時間間隔表……………………………….32
表3-3 實驗影像對的套合誤差參數表…………………………………….37
表3-4 實驗影像對的套合係數表………………………………………….37
表3-5 重新取樣後副像與主像的重疊率………………………………….39
表3-6 加入套合資料及計算基線模式所計算的干涉圖像基線長……….40
表3-7 控制點資料表……………………………………………………….50
表3-8 干涉圖像(1999/05/06與1999/01/21)幾何改正之結果……………51
表4-1 北港追蹤站及固定參考站GPS坐標………………………………67
表4-2 九二一地震後車籠埔斷層區域位移量(侯進雄，1999)…………..68
表4-3 地表位移圖之參數表……………………………………………….71
表4-4 D-INSAR與GPS成果比較表………………………………………74
表4-5 加入套合資料及計算基線模式所計算的干涉圖像基線長……….75
表4-6 濾波器參數對干涉圖像(地震前)之幾何改正影響………………..78
表4-7 濾波器參數對干涉圖像(包含地震事件)之幾何改正影響………..79
表4-8 濾波器參數對干涉圖像(包含地震事件)之幾何改正影響………..79
圖目錄
圖1-1 本文使用的PHASE軟體中的D-INSAR方法的資料處理流程圖.8
圖2-1 衛載重複軌跡之幾何示意圖……………………………………….11
圖2-2 空載雙天線之幾何示意圖………………………………………….11
圖2-3 雷達成像幾何示意圖……………………………………………….15
圖2-4 在SIR-C/X-SAR三種波段L(波長24cm)、C(波長5.7cm)、X(3.1cm)中，大氣壓力、相對溼度與相位延遲量之關係圖……………….25
圖2-5 L波段在相對溼度20%時，相位延遲對位移模式及三軌跡法所產生
之斜距位移量誤差圖……………………………………………….26
圖3-1 TandemMode軌道示意圖…………………………………………..29
圖3-2 ERS 2掃描台灣地區軌道分佈圖…………………………………..30
圖3-3 (a)1999/01/21局部單觀點複數影像(台中港)(b)1999/05/06局部單觀
點複數影像(台中港)(c)1999/09/23局部單觀點複數影像(台中港)
(d)1999/10/28局部單觀點複數影像(台中港)……………………..31
圖3-4 重新取樣流程圖…………………………………………..………..38
圖3-5 (a)1999/01/21局部經多觀點處理後的複數影像(台中港)(b)1999
/05/06局部經多觀點處理後的複數影像(台中港)(c)1999/09/23局部
經多觀點處理後的複數影像(台中港)(d)1999/10/28局部經多觀點
處理後的複數影像(台中港)……………………………………….43
圖3-6 選擇不同還原路徑之示意圖………………………………………46
圖3-7 奇點示意圖…………………………………………………………47
圖3-8 地面控制點分佈圖…………………………………………………49
圖3-9 三張複數影像與地震事件的時間順序示意圖……………………52
圖3-10 實驗流程圖………………………………………………………..53
圖3-11 1999/05/06與1999/01/21的同調性影像…………………………54
圖3-12 1999/05/06與1999/09/23的同調性影像…………………………55
圖3-13 1999/05/06與1999/10/28的同調性影像…………………………55
圖3-14 1999/05/06與1999/01/21的干涉圖像……………………………56
圖3-15 1999/05/06與1999/09/23的干涉圖像……………………………57
圖3-16 1999/05/06與1999/10/28的干涉圖像……………………………57
圖3-17 (圖3-14)經過低通濾波器平滑處理之干涉圖像………………….58
圖3-18 (圖3-14)經過相位還原之干涉圖像……………………………….59
圖3-19 (圖3-14)經幾何改正後的干涉圖像……………………………….59
圖3-20 經過平滑處理的差分干涉圖像(05/06與09/23)…………………60
圖3-21 經過平滑處理的差分干涉圖像(05/06與10/28)…………………60
圖3-22 經過相位還原的差分干涉圖像(05/06與09/23) …………………61
圖3-23 經過相位還原的差分干涉圖像(05/06與10/28)…………………61
圖3-24 經過幾何改正的干涉圖像(05/06,09/23)………………………….62
圖3-25 經過幾何改正的干涉圖像(05/06,10/28) …………………………62
圖4-1 台灣主要的斷層分佈圖…………………..………………………..64
圖4-2 卡氏直角坐標系XYZ與投影坐標NEh之間之關係圖………….64
圖4-3 地震後車籠埔斷層區域水平位移圖…………………..…………..69
圖4-4 地震後車籠埔斷層區域垂直位移圖…………………..…………..69
圖4-5 (a)為(5.6,1.21,9.23)所產生之地表位移圖(b)經地圖投影後之強度影
像…………………………………………………………………….70
圖4-6 (a)為(5.6,1.21,10.28)所產生之地表位移圖(每條條紋間隔3cm)(b)經
地圖投影後之強度影像…………………………………………….71
圖4-7 左圖與右圖分別為(5.6,9.23)、(1.21,9.23)產生之地表位移圖……72
圖4-8 1999/05/06與1999/01/21的干涉圖像………………………………76
圖4-9 1999/05/06與1999/09/23的干涉圖像………………………………76
圖4-10 1999/05/06與1999/10/28的干涉圖像……………………………..77

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