一种基于InSAR的建筑物变形监测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于InSAR的建筑物变形监测方法，包括如下步骤：S1筛选出InSAR原始数据；S2在监测区域提取和筛选PS点；S3 PS点的几何相位的去除；S4建筑物空间形变量的解算；S5根据解算出的形变量计算建筑物倾斜率；S6在时间维度上进行监测，重复以上过程，得到监测差值，获得建筑物形变量和形变速率。本发明专利技术通过利用InSAR技术获取建筑物雷达视线向形变场，对视线向形变场中相干性低于解缠阈值的像素进行空间插值，得到空间连续的形变场；通过对获得的数据处理和计算获得建筑物的形变和形变速率，为建筑物的监测提供了一种大范围、低成本易于长期监测的方法，能够有效对建筑物的加速变形做出预警。

A method of building deformation monitoring based on InSAR

The invention relates to a method of deformation monitoring of buildings based on InSAR, which comprises the following steps: S1 screened InSAR raw data in the monitoring area; S2 extraction and screening of PS S3 PS; removal of the geometric phase of the building space; S4 deformation calculation; S5 calculation of building inclination rate according to the calculated deformation S6; monitoring in the time dimension, the process is repeated by monitoring the difference, to obtain the building deformation and deformation rate. The present invention by acquiring the radar line of sight to the building deformation field by using InSAR technology, on the line of sight to the coherence of deformation field below the solution space around the threshold pixel interpolation, spatial continuous deformation field; according to the data processing and calculation of deformation and deformation rate of the building, provides a method for large scale and low cost easy to long-term monitoring for building monitoring, effectively accelerated deformation on buildings make early warning.

【技术实现步骤摘要】
一种基于InSAR的建筑物变形监测方法
本专利技术涉及变形监测方法，更具体地说，涉及一种基于干涉合成孔径雷达的建筑物变形监测方法。
技术介绍
随着国民经济的发展和城市化的进程不断推进，城镇中越来越多的密集建筑物拔地而起；在地面建筑不断新建的同时，城市的地下空间也在不断的被发掘和利用，地铁隧道、地下综合管廊、地下交通道路等也在不断新建。由此而带来的一个问题就是地下空间在不断被掏空，地面建筑物的地基条件也就发生了变化。地基条件的变化可能导致建筑物倾斜、变形，甚至倒塌造成人员伤亡和财产的损失，所以需要一种高效的方法来监控建筑物健康及安全。近年来，航空航天领域合成孔径雷达（SyntheticApertureRadar,SAR）技术的不断发展，为其在土木建筑领域的应用提供了技术储备。合成孔径雷达通过星载和机载，以其高分辨率、全天候、全天时、大面积的数据获取能力已成为世界各国普遍重视的对地观测遥感技术。合成孔径雷达干涉（SyntheticApertureRadarInterferometry,InSAR）技术最基本的原理是借助于覆盖同一个地区的两幅或两幅以上SAR图像，利用包含在SAR图像中的相位信息提取出雷达天线到地表之间的距离，进行相位干涉处理，结合雷达的姿态参数重建地表的数字高程模型(DEM)。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种基于InSAR的建筑物变形监测方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于InSAR的建筑物变形监测方法，包括如下步骤：S1筛选出InSAR原始数据；S2在监测区域提取和筛选PS点；S3PS点的几何相位的去除；S4建筑物空间形变量的解算；S5根据解算出的形变量计算建筑物倾斜率；S6在时间维度上进行监测，重复以上过程，得到监测差值，获得建筑物形变量和形变速率。在本专利技术所述的一种基于InSAR的建筑物变形监测方法中，在步骤S1中，从同一场景获取的N幅SAR复影像干涉数据序列中，选取一主影像，然后所有影像都同主影像精确配准；根据使所有干涉对的时间基线及空间基线最优的原则，以一SAR影像为主影像，其余的N-1个影像为从影像，形成N-1个干涉对。在本专利技术所述的一种基于InSAR的建筑物变形监测方法中，在步骤S2中，在散射特性方面，该地区的建筑物、大型人工地物可以构成二面角、三面角等稳定的强散射，并表现为高相干点目标，便于时间序列InSAR技术的应用；得到PS候选集后，对欲监测的区域进行进一步精细化处理，采用振幅离差和时间相干性双重阈值提取PS点，在振幅离差探测基础上，估计目标点时间序列上的信息，用时间相干系数提取满足要求的PS点，提高估算精度，时间相干系数是干涉图数目和像元时间序列相位的函数，定义为式中，为干涉图的数量，为差分干涉相位，为空间域低通滤波得到的相位，为地形相位；完成振幅离差、时间相干系数双重阈值提取后，要针对监测的区域进行PS点的精选。在本专利技术所述的一种基于InSAR的建筑物变形监测方法中，在步骤S3中，在选取PS点时，利用影像轨道数据和已知外部DEM去除平地相位和地形相位，计算出DEM误差与垂直基线成比例关系，通过计算比例值大小判断影像中对应的像素是否足够稳定，进而考虑其是否可以确定为PS点。在本专利技术所述的一种基于InSAR的建筑物变形监测方法中，在步骤S4中，从差分干涉相位中应用最小二乘方法估计，去除每个PS点的线性形变增量和DEM误差，并进行三维时空解缠，利用时空滤波方法去除大气相位，得到PS点的形变速率和高程，将其垂直于地面进行投影，得到建筑物尺寸参数和的形变量；包括建筑物上AB点间宽度b，A、B两点间高度差。在本专利技术所述的一种基于InSAR的建筑物变形监测方法中，在步骤S5中，楼宽为AB=b，楼顶A、B两点的沉降差为=，则楼房在AB方向上的倾斜率为：倾斜角为：假设时刻测得倾斜角，则时间段内倾斜角的变化为。实施本专利技术的一种基于InSAR的建筑物变形监测方法，具有以下有益效果：本专利技术提供了一种利用InSAR干涉对获取建筑物本身三维形变场的方法，通过利用InSAR技术获取建筑物雷达视线向形变场，对视线向形变场中相干性低于解缠阈值的像素进行空间插值，得到空间连续的形变场；通过对获得的数据处理和计算获得建筑物的形变和形变速率，为建筑物的监测提供了一种大范围、低成本易于长期监测的方法，能够有效对建筑物的加速变形做出预警。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术的一种基于InSAR的建筑物变形监测方法的流程图。图2是本专利技术的一种基于InSAR的建筑物变形监测方法的楼房倾斜计算示意图。图3是本专利技术的一种基于InSAR的建筑物变形监测方法的楼房顶底部中心点相对位置求楼房整体倾斜计算示意图。图4是利用PS-InSAR技术获取建筑物变形主要实施过程图。图5是干涉对组合示意图。图6是PS点分布图。图7是某小区沉降速率分布图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。图1示出了本专利技术的一种基于InSAR的建筑物变形监测方法的流程图，所述一种基于InSAR的建筑物变形监测方法包括以下步骤：InSAR原始数据筛选，从同一场景获取的N幅SAR复影像干涉数据序列中，选取一主影像，然后所有影像都同主影像精确配准。根据使所有干涉对的时间基线及空间基线最优的原则，以一SAR影像为主影像，其余的N-1个影像为从影像，形成N-1个干涉对。从同一场景获取的N幅SAR复影像干涉数据序列中，选取一主影像，然后所有影像都同主影像精确配准。本次选取了2007年—2011年期间18景TerraSAR-X高分辨率条带模式SAR数据进行实验，SAR影像大小为25000行×10000列，覆盖面积约50×20km2。根据使所有干涉对的时间基线及空间基线最优的原则，以2010-01-03的SAR影像为主影像，其余的17景影像为从影像，形成17个干涉对。干涉对信息如图5所示，从图5中可以得出干涉对中空间基线的最大值为2424m，对于L波段的影像来说是符合要求的，最小值为90m；时间基线的最大值为1058d，最小值为46d。在监测区域提取和筛选PS点，在散射特性方面，该地区的建筑物、大型人工地物可以构成二面角、三面角等稳定的强散射，并表现为高相干点目标，便于时间序列InSAR技术的应用。本文利用SAR幅度离散指数的方法进行PS点的初选，用幅度的稳定性近似表达相位的稳定性。得到PS候选集后，对欲监测的区域进行进一步精细化处理。采用振幅离差和时间相干性双重阈值提取PS点，在振幅离差探测基础上，估计目标点时间序列上的信息，用时间相干系数提取满足要求的PS点，提高估算精度。时间相干系数是干涉图数目和像元时间序列相位的函数，定义为式中，为干涉图的数量，为差分干涉相位，为空间域低通滤波得到的相位，为地形相位。完成振幅离差、时间相干系数双重阈值提取后，要针对监测的区域进行PS点的精选。首先，根据对实际情况和修正后所得高程值的具体分析，设定合理的高程阈值，剔除不关心的点目标，筛选出感兴趣的点目标；然后，设定合理的相干性阈值，进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于InSAR的建筑物变形监测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1 筛选出InSAR原始数据；S2在监测区域提取和筛选PS点；S3 PS点的几何相位的去除；S4建筑物空间形变量的解算；S5根据解算出的形变量计算建筑物倾斜率；S6在时间维度上进行监测，重复以上过程，得到监测差值，获得建筑物形变量和形变速率。

【技术特征摘要】
1.一种基于InSAR的建筑物变形监测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1筛选出InSAR原始数据；S2在监测区域提取和筛选PS点；S3PS点的几何相位的去除；S4建筑物空间形变量的解算；S5根据解算出的形变量计算建筑物倾斜率；S6在时间维度上进行监测，重复以上过程，得到监测差值，获得建筑物形变量和形变速率。2.如权利要求1所述的一种基于InSAR的建筑物变形监测方法，其特征在于，在步骤S1中，从同一场景获取的N幅SAR复影像干涉数据序列中，选取一主影像，然后所有影像都同主影像精确配准；根据使所有干涉对的时间基线及空间基线最优的原则，以一SAR影像为主影像，其余的N-1个影像为从影像，形成N-1个干涉对。3.如权利要求1所述的一种基于InSAR的建筑物变形监测方法，其特征在于，在步骤S2中，在散射特性方面，该地区的建筑物、大型人工地物可以构成二面角、三面角等稳定的强散射，并表现为高相干点目标，便于时间序列InSAR技术的应用；得到PS候选集后，对欲监测的区域进行进一步精细化处理，采用振幅离差和时间相干性双重阈值提取PS点，在振幅离差探测基础上，估计目标点时间序列上的信息，用时间相干系数提取满足要求的PS点，提高估算精度，时间相干系...

【专利技术属性】
技术研发人员：张爱军，李会超，杨顺生，
申请(专利权)人：深圳市路桥建设集团有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44