一种基于GBSAR外观监测的300m级高堆石坝材料参数反演方法技术

本发明专利技术公开了一种基于GBSAR的300m级高堆石坝材料参数反演方法：1.在300m级高堆石坝上游和下游的左右岸分别架设4台便携式地基雷达干涉仪，从四个方位分别获取坝体表面SAR影像；2.对SAR影像进行图像处理，得到四个方位向坝体表面形变。对坝体表面形变进行三维解析，得到坝体表面顺河向、横河向和铅直向的变形值；3.利用三个方向的坝体实测外观变形，采用不同的权重建立目标函数，对300m级高堆石坝堆石体强度变形参数进行反演分析。本发明专利技术利用GBSAR获得亚毫米级精度的坝体表面变形数据；在参数反演中考虑堆石体分区和参数随时间演化过程，建立反演目标函数，确保300m级高堆石坝堆石体参数反演的准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
近年来，我国大坝建设继续朝向高坝发展，坝体变形控制成为影响大坝全生命周 期安全性的关键问题之一。200m级大坝内部变形监测所采用的仪器有水管式沉降仪和引线 式水平位移计等，由于仪器固有的缺陷以及安装埋设工艺限制，不少工程出现了监测设施 破坏、测值异常、系统难以维护等一系列问题。对于300m级高堆石坝，测量管线长度会达到 1000 m级，坝体最大沉降量将达3. 0~4. Om(仅按坝高的1 %计算）。采用传统内观监测技 术监测300m级高堆石坝内部变形存在诸多困难，甚至无法实施，而精确的坝体变形监测资 料是评价大坝运行性态的关键。针对300m级高堆石坝，本专利提出利用GBSAR进行堆石坝 外观变形观测得到精度为亚毫米级的变形监测数据，创造性解决300m级高堆石坝形变监 测的技术难题。此外，在参数反演中，综合考虑空间因素（铅直向、顺河向、横河向变形）和 时间因素（大坝体表变形过程），建立反演目标函数，确保反演结果的准确性、可靠性和合 理性。
技术实现思路
本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的： -种基于GBSAR外观监测的300m级高堆石坝材料参数反演方法，其特征在于，包 括以下步骤： 步骤1，在300m级高堆石坝上游和下游的左右岸分别架设4台便携式地基雷达 干涉仪，定期对坝体进行扫描观测，从四个方位分别获取坝体表面不同时刻的SAR影像，其 中，每个方位均有不同时刻的若干张 SAR影像； 步骤，2,对SAR影像进行图像处理，采用时间序列INSAR处理方法获取坝体同一 部位不同时刻下的两张 SAR图像（这里，根据最终想要获取的位移值选取该位移发生的起 止时刻对应的两张 SAR图像）为基本处理数据，通过求两幅SAR图像的相位差，获取干涉图 像，然后进行相位解缠，从干涉条纹中得到四个方位向坝体表面形变过程线，具体方法为： 通过相位解缠，从干涉条纹中可以整理得到坝体表面某一部位某一时间段的形变值；经过 多次这样的操作，可以获得坝体表面各个特征点整个过程的形变值，最终将这些形变值进 行汇总整理，绘制坝体表面形变过程线； 步骤，3,对大坝外部形变（指沿雷达干涉入射方向坝体表面某点的形变）进行三 维解析，得到坝体表面顺河向、横河向和铅直向的三维形变量，具体是根据干涉波入射方向 与大坝顺河向、水平向、铅直向的夹角，求得三个方向的变形分量（即三维形变量），同时根 据其他雷达测点所得形变对三维形变进行校准和修正。 步骤4,根据不同方向的坝体变形在参数反演中的考虑权重，赋予其不同的权重系 数（其中铅直向权重为0. 5,其余两方向均为0. 25)，建立目标函数（公式如下），采用遗传 算法对300m级高堆石坝的堆石体强度变形参数进行反演分析，最终反演得到的数据是能 够真实反应坝体力学特性的坝体材料参数。 其中，k为监测数据的类别，分为铅直向、顺河向、横河向三种；ω ,为三个方向分别 对应的权重（k = 1代表铅直向，取值为0. 5 ;k = 2及k = 3时分别对应顺河向和横河向， 取值均为〇. 25) ;m为反演分析时段总数；η为测点总数；ιζ为第i个测点在第j个时段对 应的k向位移实测值； 为对应的计算值。 因此，本专利技术具有如下优点：1.其变形监测能力可达毫米级。本专利技术很好地满足 了 300m高坝的大量程、高精度、长期稳定性三方面的要求；2.有效避免了传统测量方法测 量坝体内部位移时难以避免的误差；同时在参数反演中，综合考虑空间因素（铅直向、顺河 向、横河向变形）和时间因素（大坝体表变形过程），建立反演目标函数，提高了高坝反演分 析结果的准确性和合理性。【附图说明】 图1是监测雷达安装及监测示意图。 图2是三维解析后所得坝体外部变形示意图（以竖直向为例）。 图3是SAR影像处理流程不意图。 图4是高坝反演分析流程示意图。【具体实施方式】 下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。 实施例： 本专利技术的基本思路是避开难以准确观测的坝体内部变形，将坝体内部视为一个 "黑匣子"，而将便于观测的坝体外部变形作为参数反演的监测资料，从而进行准确的堆石 体参数反演。 步骤一在300m级高堆石坝上游和下游的左右岸分别架设4台便携式地基雷达干 涉仪（GBSAR)，定期对坝体进行扫描观测，从四个方位分别获取坝体表面不同时刻的SAR影 像； 步骤二对SAR影像进行图像处理，采用时间序列INSAR处理方法获取坝体同一部 位不同时刻下的两张 SAR图像为基本处理数据，通过求两幅SAR图像的相位差，获取干涉图 像，然后进行相位解缠，从干涉条纹中得到四个方位向坝体表面形变过程线； 步骤三对大坝外部形变进行三维解析，得到坝体表面顺河向、横河向和铅直向的 三维形变量； 步骤四根据不同方向的坝体变形在参数反演中的考虑权重，赋予其不同的权重系 数（其中铅直向权重为〇. 5,其余两方向均为0. 25)，建立目标函数（公式如下），采用遗传 算法对300m级高堆石坝的堆石体强度变形参数进行反演分析。 其中，k为监测数据的类别，分为铅直向、顺河向、横河向三种；ω ,为三个方向分别 对应的权重（k = 1代表铅直向，取值为0. 5 ;k = 2及k = 3时分别对应顺河向和横河向， 取值均为〇. 25) ;m为反演分析时段总数；η为测点总数； 为第i个测点在第j个时段对 应的k向位移实测值； 为对应的计算值。 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本专利技术精神作举例说明。本专利技术所属技术领 域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替 代，但并不会偏离本专利技术的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。【主权项】1. ，其特征在于，包括 以下步骤： 步骤1，在300m级高堆石坝上游和下游的左右岸分别架设4台便携式地基雷达干涉仪， 定期对坝体进行扫描观测，从四个方位分别获取坝体表面不同时刻的SAR影像，其中，每个 方位均有不同时刻的若干张SAR影像； 步骤，2,对SAR影像进行图像处理，采用时间序列INSAR处理方法获取坝体同一部位不 同时刻下的两张SAR图像为基本处理数据，通过求两幅SAR图像的相位差，获取干涉图像， 然后进行相位解缠，从干涉条纹中得到四个方位向坝体表面形变过程线，具体方法为：通过 相位解缠，从干涉条纹中可以整理得到坝体表面某一部位某一时间段的形变值；经过多次 这样的操作，可以获得坝体表面各个特征点整个过程的形变值，最终将这些形变值进行汇 总整理，绘制坝体表面形变过程线； 步骤，3,对大坝外部形变，具体是是指沿雷达干涉入射方向坝体表面某点的形变，进行 三维解析，得到坝体表面顺河向、横河向和铅直向的三维形变量，具体是根据干涉波入射方 向与大坝顺河向、水平向、铅直向的夹角，求得三个方向的变形分量，同时根据其他雷达测 点所得形变对三维形变进行校准和修正； 步骤4,根据不同方向的坝体变形在参数反演中的考虑权重，赋予其不同的权重系数， 基于以下公式建立目标函数，采用遗传算法对300m级高堆石坝的堆石体强度变形参数进 行反演分析，最终反演得到的数据是能够真实反应坝体力学特性的坝体材料参数；其中，k为监测数据的类别，分为铅直向、顺河向、横河向三种；三个方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于GBSAR外观监测的300m级高堆石坝材料参数反演方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，在300m级高堆石坝上游和下游的左右岸分别架设4台便携式地基雷达干涉仪，定期对坝体进行扫描观测，从四个方位分别获取坝体表面不同时刻的SAR影像，其中，每个方位均有不同时刻的若干张SAR影像；步骤,2，对SAR影像进行图像处理，采用时间序列INSAR处理方法获取坝体同一部位不同时刻下的两张SAR图像为基本处理数据，通过求两幅SAR图像的相位差，获取干涉图像，然后进行相位解缠，从干涉条纹中得到四个方位向坝体表面形变过程线，具体方法为：通过相位解缠，从干涉条纹中可以整理得到坝体表面某一部位某一时间段的形变值；经过多次这样的操作，可以获得坝体表面各个特征点整个过程的形变值，最终将这些形变值进行汇总整理，绘制坝体表面形变过程线；步骤,3，对大坝外部形变，具体是是指沿雷达干涉入射方向坝体表面某点的形变，进行三维解析，得到坝体表面顺河向、横河向和铅直向的三维形变量，具体是根据干涉波入射方向与大坝顺河向、水平向、铅直向的夹角，求得三个方向的变形分量，同时根据其他雷达测点所得形变对三维形变进行校准和修正；步骤4，根据不同方向的坝体变形在参数反演中的考虑权重，赋予其不同的权重系数，基于以下公式建立目标函数，采用遗传算法对300m级高堆石坝的堆石体强度变形参数进行反演分析，最终反演得到的数据是能够真实反应坝体力学特性的坝体材料参数；F(X)=Σk=13ωk(Σi=1mΣj=1n(uijkuij*k-1.0)2)]]>其中，k为监测数据的类别，分为铅直向、顺河向、横河向三种；ωkωk为三个方向分别对应的权重；m为反演分析时段总数；n为测点总数；为第i个测点在第j个时段对应的k向位移实测值；为对应的计算值。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周伟，李少林，杨荷，马刚，常晓林，周志伟，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42