一种基于地基合成孔径雷达的边坡安全监测预警方法技术

本发明专利技术公开了一种基于地基合成孔径雷达的边坡安全监测预警方法，该方法通过获取地基合成孔径雷达对边坡区域进行连续定点观测的雷达数据，并对获取的雷达数据进行成像处理、差分干涉处理、形变信息提取等操作，并进行边坡滑移分析、预测和自动预警。该方法可以对大范围边坡区域进行全天时、全天候、远距离、非接触、高精度、定点连续监测，并自动做出声、光、电信号预警。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，该方法通过获取地基合成孔径雷达对边坡区域进行连续定点观测的雷达数据，并对获取的雷达数据进行成像处理、差分干涉处理、形变信息提取等操作，并进行边坡滑移分析、预测和自动预警。该方法可以对大范围边坡区域进行全天时、全天候、远距离、非接触、高精度、定点连续监测，并自动做出声、光、电信号预警。【专利说明】
本专利技术涉及边坡滑移变形预测技术，尤其涉及一种基于地基合成孔径雷达的边坡 安全监测预警方法。
技术介绍
我国目前正处于大规模建设时期，在采矿、水利、交通和建筑等各个建设领域出现 了大量的边坡工程，如矿山边坡、大坝坝肩边坡、水库库岸边坡、铁路和公路的道路边坡等， 这些边坡具有规模大、数量多、环境和地质条件复杂的特点。仅在采矿领域，我国有露天矿 山约7万座，尾矿库1. 2万座，排土场10万座，数量十分庞大。而随着国民经济的持续发展， 国家对能源及动力的不断需求，在采矿工程活动中开挖和堆填的边坡数量会越来越多，高 度将越来越大。由于我国地质条件复杂，采矿业技术装备落后，再加上设计施工方法不当， 连年发生多起露天矿边坡滑坡、尾矿库溃坝、排土场泥石流等灾害，造成重大人员伤亡和财 产损失。 为了发现边坡隐患，消除危害，有效而经济地采取整治措施，因此必须对各种边坡 进行监测。对边坡变形进行监测，是科学管理边坡和正确处理潜在问题的依据，边坡监测可 以提供可靠的监测资料以识别不稳定边坡的变形和潜在破坏的机制及其影响范围，以制定 防灾、减灾措施。边坡变形监测具有可观的经济效益和重要的社会效益。 边坡监测的主要内容依据所需的监测参数可以分为四大类，即地表变形监测、物 理与化学场监测、地下水监测和诱发因素监测。 其中，地表变形的监测方法主要有以下几种：大地测量法（经炜仪、水准仪、测距 仪、全站仪等）；近景摄影法（陆摄经炜仪等）；GPS法（GPS接收机）；测缝法（游标卡尺、 测缝仪、位移计等）； 而我国主要采用人工水准测量的方式对边坡进行安全监测，这种方法测量用时 长、精度低，对于危险边坡区域无法监测；极少矿山采用全站仪、GPS等技术对人为选定的 离散点进行接触式测量的方法对边坡进行安全监测，这种方法无法全面、快速反映被监测 目标的整体位移，对大范围边坡区域无法做到实时准确监测预警。目前，已有部分地基合成 孔径雷达能够实现对观测区域的高精度地形微变信息获取，但由于尚未被监测边坡区域的 形变速度与加速度估计值，以及监测判决准则和预测模型，无法实现对边坡变化或微变区 域的预警。总体而言，我国的边坡安全监测手段有限，迫切需要发展新的高精度监测技术， 满足目前国家安全生产形势对边坡安全监测的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，可以 对大范围边坡区域进行全天时、全天候、远距离、非接触、高精度、定点连续监测，并自动做 出声、光、电信号预警。 本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的： ，该方法包括： 获取地基合成孔径雷达周期性发送的被监测边坡区域的原始雷达数据，其中，初 次发送的原始雷达数据记为Stl，第n个观测周期发送的原始雷达数据记为Sn; 对原始雷达数据^与s"分别进行二维成像处理，获得复数雷达图像，分别记为 区(1(叉，7)与811(叉，7)，以8(^，7)为主图像，8 11(叉，7)为副图像，依次进行图像配准、干涉图生 成、相位解缠、大气相位校正和形变图转换，得到反映被监测边坡区域在第n个观测周期相 对于初次观测时刻的形变图dn (x，y); 对该形变图dn(x，y)进行地理编码，得到三维形变数据Tn(x，y，z)，并根据之前观 测周期的三维形变数据T1 (x，y，z)，...，Tlri (x，y，z)更新被监测边坡区域的形变速度与加 速度估计值，再通过预先设定的判决准则和预测模型，对可能出现的边坡隐患的位置、时间 和变化趋势进行声、光、电信号预警。 进一步的，所述以gjx，y)为主图像，gn(x,y)为副图像，依次进行配准、干涉图生 成、相位解缠、大气相位校正和形变图转换，得到反映被监测边坡区域在第n个观测周期相 对于初次观测时刻的形变图dn(x，y)包括： 以gQ(x，y)为主图像，gn(x，y)为副图像，进行图像配准，获得配准后的图像对； 将该图像对中的主副图像共轭相乘后取相位值，得到包含差分相位的干涉图 In (x.y)； 对该干涉图In(x，y)依次进行干涉相位解缠和大气相位校正，以去除干涉图中的 相位模糊和电磁波传输介质引入的相位扰动，得到干涉相位图; 根据干涉相位与形变位移d的关系，将干涉相位图少)转化为形 变位移图dn (X，y);其中J= 乂/4兀.(X, >，）。 进一步的，所述对该形变图dn(x，y)进行地理编码，得到三维形变数据Tn(x，y，z)， 并根据之前观测周期的三维形变数据T1 (x，y，z)，...，Tlri (x，y，z)更新被监测边坡区域的 形变速度与加速度估计值，再通过预先设定的判决准则和预测模型，对可能出现的边坡隐 患的位置、时间和变化趋势进行声、光、电信号预警包括： 将三维形变数据Tn (x，y，z)与之前观测周期的三维形变数据 I\(x，y,z), . . .，Ux,y,z)结合，估计并更新边坡区域的形变速度v(x,y,z)、加速度值 a(x,y,z)； 对三维形变数据、形变速度、加速度值以预先设定的风险评估准则f进行综合 评价，得到风险评估因子f(Tn，V，a)，与预先设定的阈值C进行比较，当风险评估因子 f(Tn，v，a) > (：时，判为存在隐患，对可能出现边坡隐患的位置、时间和变化趋势进行声、光、 电信号预警。 进一步的，所述二维成像处理包括： 利用距离多普勒算法、Chirp-Scaling算法或距离徙动算法对原始雷达数据进行 二维成像处理。 进一步的，所述图像配准包括：利用相关系数法或相干系数法进行图像配准。 进一步的，所述对该形变图dn(x，y)进行地理编码，得到三维形变数据Tn(x，y，z) 包括： 将形变图dn(x，y)重采样到辅助地形测量设备获取到的三维地形数据上，或 者被监测边坡区域的历史三维地形数据上，从而得到被监测边坡区域的三维形变数据 Tn(x，y，z) 〇 由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，地基合成孔径雷达进行一次数据采集仅 需几秒到几分钟，因此基于地基合成孔径雷达的边坡安全监测预警观测周期相对于传统监 测技术很短，可以实现对形变区域的定点连续监测；同时，地基合成孔径雷达可以获得很高 的空间分辨率和测量精度，实现对目标区域的高分辨率成像，基于地基合成孔径雷达的边 坡安全监测预警的测量精度也优于传统监测技术，可达亚毫米级；另外，基于地基合成孔径 雷达的边坡安全监测预警方法采用非接触的测量方式，可以在特定距离内获取被监测危险 区域的大面积形变数据。 【专利附图】【附图说明】 为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本 领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于地基合成孔径雷达的边坡安全监测预警方法，其特征在于，该方法包括：获取地基合成孔径雷达周期性发送的被监测边坡区域的原始雷达数据，其中，初次发送的原始雷达数据记为s0，第n个观测周期发送的原始雷达数据记为sn；对原始雷达数据s0与sn分别进行二维成像处理，获得复数雷达图像，分别记为g0(x,y)与gn(x,y)，以g0(x,y)为主图像，gn(x,y)为副图像，依次进行图像配准、干涉图生成、相位解缠、大气相位校正和形变图转换，得到反映被监测边坡区域在第n个观测周期相对于初次观测时刻的形变图dn(x,y)；对该形变图dn(x,y)进行地理编码，得到三维形变数据Tn(x,y,z)，并根据之前观测周期的三维形变数据T1(x,y,z),…,Tn‑1(x,y,z)更新被监测边坡区域的形变速度与加速度估计值，再通过预先设定的判决准则和预测模型，对可能出现的边坡隐患的位置、时间和变化趋势进行声、光、电信号预警。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王彦平，王云海，马海涛，谭维贤，张兴凯，洪文，于正兴，杨晓琳，岳康，谢旭阳，梅国栋，
申请(专利权)人：中国安全生产科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11