一种采用星载合成孔径雷达监测土壤侵蚀的方法与系统技术方案

本发明专利技术提供了一种采用星载合成孔径雷达监测土壤侵蚀的方法与系统。采用星载合成孔径雷达监测土壤侵蚀的方法包括：第一步骤，获取卫星平台的数据，并对获取的卫星平台的数据执行预处理；第二步骤，对预处理的卫星数据执行差分干涉处理，以生成差分干涉图；第三步骤，执行PS‑InSAR处理，生成PS点并迭代求解去除地形及大气相位；第四步骤，根据生成的差分干涉图获取累积沉降量；第五步骤，从累积沉降点中分离土壤侵蚀点，以土壤侵蚀点指示土壤侵蚀的空间分布及时间变化，并结合多源数据评估土壤侵蚀分布特征。本发明专利技术的采用星载合成孔径雷达监测土壤侵蚀的方法和系统的测量精度高，信噪比高，能够优化初始DEM，克服大气延迟，有利于土壤侵蚀的研究和管理。

A method and system for monitoring soil erosion using space borne SAR

【技术实现步骤摘要】
一种采用星载合成孔径雷达监测土壤侵蚀的方法与系统
本专利技术涉及一种采用星载合成孔径雷达监测土壤侵蚀的方法与系统。
技术介绍
土壤侵蚀是土壤及其母质在自然营力或人类活动的作用下被剥蚀、破坏、分离、搬运和沉积的过程。严重的土壤侵蚀会毁坏耕地资源、加剧泥沙下泄、淤积河流湖泊、影响防洪安全、诱发自然灾害、加重风沙扬尘、破坏自然和人文景观等，一方面迅速恶化生态环境，另一方面加剧当地人民群众的贫困程度。现阶段的土壤侵蚀监测方法包括建立观测站、实地调查、立体摄影、高精度GPS、三维激光测量以及光学遥感方法等。遥感方法具有宏观性、综合性、可视性、实用性、经济性的特点，突破了传统的点线状土壤侵蚀微观机理研究范畴，将研究层面拓展到面上研究和动态研究中，因而对土壤侵蚀领域的研究发挥重要作用。土壤侵蚀的主要特征之一是土层的剥蚀，中华人民共和国水利部发布的《土壤侵蚀分类分级标准SL190-2007》规定：水力侵蚀的土壤平均流失厚度介于5.9-11.1mm/a的，其侵蚀强度为极强烈；风力侵蚀的风蚀厚度介于10-25mm/a的，其侵蚀强度为中度。而合成孔径雷达的观测精度为厘米/毫米级，理论上满足中度以上土壤侵蚀监测的精度要求。现阶段的土壤侵蚀遥感监测研究多基于光学遥感，监测的是正射水平面的二维特征，以像元流失作为土壤侵蚀的主要依据。相比之下，雷达遥感可以获取精准的高程变化信息，监测尺度由二维空间转换为三维空间，监测精度由米级平面精度转换为厘米/毫米级高程精度。星载合成孔径雷达干涉测量InSAR(SyntheticApertureRadarInterferometry)是雷达微波成像和电磁波干涉的集成技术，该技术通过合成孔径雷达在不同位置对观测区域的相位差等信息分析处理，进而获取观测区域的三维空间信息。InSAR技术以其覆盖范围大、不受云雾影响、厘米级监测精度的特点，成为监测地表形变最有前景的空间大地测量技术之一，并广泛应用于火山活动、地震、滑坡、不均匀沉降、地形测绘等研究领域。但是，InSAR技术面临的困难之一，是植被和其他自然现象使地表反射率随时间发生变化，引起时间去相干，导致相位解缠难度增大而损失精度。故大多数传统的InSAR研究倾向于在工矿、道路、居民点等建成区开展。InSAR技术面临的困难之二，是雷达微波入射角不同，使斜距向地物频谱投影到数据频谱时发生偏移，导致空间去相干。InSAR技术面临的困难之三，是大气层使雷达微波发生速度变化和折射，导致大气延迟。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是将InSAR技术引入土壤侵蚀监测中，根据识别目标的特点，优化某些技术环节，提供一种高测量精度、高信噪比的能够克服了大气延迟的采用星载合成孔径雷达监测土壤侵蚀的方法。根据本专利技术，提供了一种采用星载合成孔径雷达监测土壤侵蚀的方法，包括：第一步骤：获取卫星平台的数据，并对获取的卫星平台的数据执行预处理；第二步骤：对预处理的卫星数据执行差分干涉处理，以生成差分干涉图；第三步骤：执行PS-InSAR处理，生成PS点并迭代求解去除地形及大气相位；第四步骤：根据生成的差分干涉图获取累积沉降量；第五步骤：从累积沉降点中分离土壤侵蚀点，求解土壤侵蚀的空间分布及时间变化，并结合多源数据评估土壤侵蚀分布特征。优选地，从累积沉降点中分离土壤侵蚀点包括：设置监测阈值以排除滑坡、泥石流等地表突变，执行相位标准差低通滤波以排除植被变化，执行历史形变量回溯以判定是否为土壤侵蚀、评估侵蚀营力。优选地，根据生成的差分干涉图获取累积沉降点包括：从生成的差分干涉图中提取永久散射体，利用Delaunay三角网、星状网、树状网中的一种，根据提取的永久散射体来建立互相连结的永久散射体三角剖分网络，然后在去除残余相位因素之后获取累积沉降点。优选地，采用振幅离差法和相干系数法的组合方法从生成的幅度和相干系数图中提取永久散射体。优选地，去除残余相位因素分量包括：基于永久散射体三角剖分网络来计算永久散射体三角剖分网络上每条边的相邻永久散射体点的二次差分相位以得到二次差分相位模型，通过求解二次差分相位模型获得永久散射体点对的形变速率差和DEM修正差，通过相位解缠获取每个永久散射体点的绝对形变速率和DEM修正量，根据绝对形变速率和DEM修正量计算得到差分相位的形变相位和残余地形相位，执行滤波处理。优选地，预处理包括：数据导入、精轨数据更新、主影像选择、DEM主辅影像配准、ESD配准、burst拼接、子条带拼接。优选地，对预处理的卫星数据执行差分干涉处理包括如下步骤：首先对预处理的卫星数据执行ROI截取；随后针对截取的数据执行干涉相位计算处理，去除平地和地形相位，生成差分干涉图。根据本专利技术，还提供了一种采用星载合成孔径雷达监测土壤侵蚀的系统，包括：预处理单元，用于获取卫星平台的数据，并对获取的卫星平台的数据执行预处理；差分干涉处理预处理单元，用于对预处理的卫星数据执行差分干涉处理，以生成差分干涉图；PS-InSAR处理单元，用于生成PS点并迭代求解去除地形及大气相位；累积沉降点获取单元，用于根据生成的差分干涉图获取累积沉降点。处理单元，用于从累积沉降点中分离土壤侵蚀点，求解土壤侵蚀的空间分布及时间变化，并结合多源数据评估土壤侵蚀分布特征。优选地，处理单元执行下述步骤以从累积沉降点中分离土壤侵蚀点：设置监测阈值以排除滑坡、泥石流等地表突变，执行相位标准差低通滤波以排除植被变化，执行历史形变量回溯以判定是否为土壤侵蚀、评估侵蚀营力。优选地，根据生成的差分干涉图获取累积沉降量包括：从生成的差分干涉图中提取永久散射体，利用Delaunay三角网、星状网、树状网中的一种，根据提取的永久散射体来建立互相连结的永久散射体三角剖分网络，然后在去除残余相位因素之后获取累积沉降点。优选地，采用振幅离差法和相干系数法的组合方法从生成的幅度和相干系数图中提取永久散射体。优选地，去除残余相位因素分量包括：基于永久散射体三角剖分网络来计算永久散射体三角剖分网络上每条边的相邻永久散射体点的二次差分相位以得到二次差分相位模型，通过求解二次差分相位模型获得永久散射体点对的形变速率差和DEM修正差，通过相位解缠获取每个永久散射体点的绝对形变速率和DEM修正量，根据绝对形变速率和DEM修正量计算得到差分相位的形变相位和残余地形相位，执行滤波处理。根据本专利技术的采用星载合成孔径雷达监测土壤侵蚀的方法和系统的测量精度高，信噪比高，能够优化初始DEM，克服大气延迟，有利于土壤侵蚀的研究和管理。附图说明结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本专利技术有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：图1示意性地示出了根据本专利技术优选实施例的示例示出的研究区位置。图2示意性地示出了根据本专利技术优选实施例的采用星载合成孔径雷达监测土壤侵蚀的方法的总体流程图。图3示意性地示出了双基线图。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用星载合成孔径雷达监测土壤侵蚀的方法，其特征在于包括：/n第一步骤：获取卫星平台的数据，并对获取的卫星平台的数据执行预处理；/n第二步骤：对预处理的卫星数据执行差分干涉处理，以生成差分干涉图；/n第三步骤：执行PS-InSAR处理，生成PS点并迭代求解去除地形及大气相位；/n第四步骤：根据生成的差分干涉图获取累积沉降点；/n第五步骤：从累积沉降点中分离土壤侵蚀点，求解土壤侵蚀的空间分布及时间变化，并结合多源数据评估土壤侵蚀分布特征。/n

【技术特征摘要】
1.一种采用星载合成孔径雷达监测土壤侵蚀的方法，其特征在于包括：
第一步骤：获取卫星平台的数据，并对获取的卫星平台的数据执行预处理；
第二步骤：对预处理的卫星数据执行差分干涉处理，以生成差分干涉图；
第三步骤：执行PS-InSAR处理，生成PS点并迭代求解去除地形及大气相位；
第四步骤：根据生成的差分干涉图获取累积沉降点；
第五步骤：从累积沉降点中分离土壤侵蚀点，求解土壤侵蚀的空间分布及时间变化，并结合多源数据评估土壤侵蚀分布特征。


2.根据权利要求1所述的采用星载合成孔径雷达监测土壤侵蚀的方法，其特征在于，从累积沉降点中分离土壤侵蚀点包括：设置监测阈值以排除滑坡、泥石流等地表突变，执行相位标准差低通滤波以排除植被变化，执行历史形变量回溯以判定是否为土壤侵蚀、评估侵蚀营力。


3.根据权利要求1所述的采用星载合成孔径雷达监测土壤侵蚀的方法，其特征在于，根据生成的差分干涉图获取累积沉降点包括：从生成的差分干涉图中提取永久散射体，利用Delaunay三角网、星状网、树状网中的一种，根据提取的永久散射体来建立互相连结的永久散射体三角剖分网络，然后在去除残余相位因素之后获取累积沉降量。


4.根据权利要求1或2所述的采用星载合成孔径雷达监测土壤侵蚀的方法，其特征在于，采用振幅离差法和相干系数法的组合方法从生成的幅度和相干系数图中提取永久散射体。


5.根据权利要求1或2所述的采用星载合成孔径雷达监测土壤侵蚀的方法，其特征在于，去除残余相位因素分量包括：基于永久散射体三角剖分网络来计算永久散射体三角剖分网络上每条边的相邻永久散射体点的二次差分相位以得到二次差分相位模型，通过求解二次差分相位模型获得永久散射体点对的形变速率差和DEM修正差，通过相位解缠获取每个永久散射体点的绝对形变速率和DEM修正量，根据绝对形变速率和DEM修正量计算得到差分相位的形变相位和残余地形相位，执行滤波处理。


6.根据权利要求1或2所述的采用星载合成孔径雷达监测土壤侵蚀的方法，其特征在于，预处理包括：数据导入、精轨数据更新、主影像选择、DEM主辅影像配准、ESD配准、bur...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨通，张智杰，郭旭东，于潇，韩圣其，汪晓帆，李潇，刘智丽，黄季夏，南燕云，
申请(专利权)人：中国国土勘测规划院，
类型：发明
国别省市：北京;11