InSAR技术与地理探测器结合的地表形变监测方法技术

本发明专利技术公开了一种InSAR技术与地理探测器结合的地表形变监测方法，该方法主要步骤如下：首先利用InSAR技术获取地表形变速率；其次构建格网地表形变驱动因素以及随机点属性信息；最后利用地理探测器单因子和多因子交互探测驱动力。本发明专利技术将以往地表形变驱动力的定性分析转化到定量化分析，为防灾减灾提供有力的数据支撑和新思路。

【技术实现步骤摘要】
InSAR技术与地理探测器结合的地表形变监测方法
本专利技术涉及InSAR技术的地表形变监测领域，具体涉及一种InSAR技术与地理探测器结合的地表形变监测方法。
技术介绍
地下水开采、构造运动等因素引发的地面沉降已成为城市普遍发育的环境地质灾害。其中非均匀沉降会对基础设施及大型工程造成不同程度的损坏，特别是对路基结构稳定性、连续桥梁及轨道平整性要求极其严格的高速铁路稳定性构成威胁，因此，监测地表形变显得至关重要。传统的地表形变监测方式（GPS、水准等）存在着周期长，监测密度低，同时地表形变机理分析缺乏定量分析。为此，需要一种大范围、高精度的地表形变监测手段能有效监测地表沉降，而且需要一种定量的驱动力分析方法来分析地表沉降的机理，对城市防灾减灾，防范风险等具有重大意义。合成孔径雷达干涉测量（InterferometricSyntheticApertureRadar，InSAR）是一种能够获得地表厘米甚至毫米级形变的遥感技术，其具有全天候、覆盖面积达、高精度、低成本等优点。InSAR技术已经广泛应用于地表形变监测、火山、滑坡、地下开采等形变监测中，具有良好的应用基础与应用前景。地理探测器（Geo-Detector）能够定量地探测空间分异性来揭示其驱动力的统计学方法。该方法的核心思想为：如果某个因子对某种现象的出现在空间上有着重要影响，那么该因子与该现象的空间分布应该具有相似性。利用该方法不仅可以探测单因子的驱动力，也能判断多因子的交互作用的强弱。本专利技术利用InSAR技术监测地表形变，提出应用地理探测器定量地分析地表形变机理问题。从而提出了一种InSAR技术与地理探测器结合的地表形变监测方法。在现有技术中，主要有以下文献与本专利技术申请相关：文献1首都师范大学陈蓓蓓等申请的专利技术《自适应多源InSAR监测地面沉降时间序列数据拼接方法及系统》，申请号：201911018550.5。该方法结合外部数据统一了空间参考，减小系统误差，构建自适应时间序列模型，避免了普通拟合模型误差的引入，提高拼接后数据的精度，为多源InSAR监测结果的地面沉降时间序列数据大范围拼接的适用性强，拼接后数据精度明显提高。文献2天津市大地海陆岩土工程技术开发有限公司张宝华等申请的专利技术《一种地表沉降的检测方法》，申请号：201511034902.8。该方法利用全站仪、计算机等进行地面沉降测量，避免人员下水作业，提高工作效率。文献3山东省地质科学研究院王奎峰申请的专利技术《一种地面沉降GPS自动监测站建设方法》，申请号：201911057119.1。该专利技术通过建设一个GPS参考站和六个GPS监测站，能够对地面沉降进行高精度观测。文献4成都垣景科技有限公司杨锦涛等申请的专利技术《一种基于空间逻辑回归与地理探测器的滑坡易发性评价方法》，申请号：201910745577.8。该方法基于空间逻辑回归与地理探测器使得模型的拟合度和预测精度得到了显著提升。文献5天津大学苑希民等申请的专利技术《一种超大区域山洪灾害分布驱动力评价方法》，申请号：201911125521.9。该方法首先构建各种影响滑坡的因子，再利用地理探测器对这些因子进行探测，定量地分析山洪灾害时空分布格局的驱动因素，使得各个驱动力因子的影响力更加可靠，评价结果更加真实。文献6中国科学院地理科学与资源研究所徐成东等申请的《一种基于模拟退火的地理探测器最后离散化方法》，申请号：201810678269.3。该方法首先初始计算地理探测器q，然后使用模拟退火算法优化断点向量，经过优化后得到的最优断点向量和其对应的最大地理探测器q统计量，该方法具有适用性广、计算精度高等优点。以上专利申请均未涉及地表形变与驱动力结合的定量分析，因此本专利技术提出InSAR技术与地理探测器结合的地表形变监测方法，实现地表形变机理的单因子和多因子交互的定量化分析，将定性分析发展到了定量分析。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于解决大范围地表形变机理解释的定量化，提出InSAR技术与地理探测器结合的地表形变监测方法，以提高地表形变监测的范围，定量分析地表形变的单因子和多因子驱动力，为城市防灾减灾和预防地表沉降风险提供科学依据。技术方案：本专利技术的“InSAR技术与地理探测器结合的地表形变监测方法”，依次包含以下步骤：（1）利用InSAR技术（包括PS-InSAR、SBAS-InSAR等时间序列InSAR技术）对研究区的地表形变进行大范围监测，得到研究区的地表形变速率和时间序列形变量。（2）构建地表形变驱动因素时空分布，包含自然因素（地质断层、高程、坡度、地下水开采、降水和气温等）和社会因素（人口密度、建筑密度、距离铁路距离、距离道路距离和土地利用类型等），并进行预处理。（3）划分渔网生产随机点，注意随机点的选取应该考虑点密度与处理效率，选取适当数量的点提取驱动因素和沉降速率的值，导出为表格。（4）利用地理探测器单因子和多因子交互方法对地表形变速率进行驱动力分析，以地表形变速率为因变量，构建的驱动因素为自变量，将数据导入地理探测器软件中进行分析处理，得到单因子驱动力和多因子交互驱动力，从而定量化的揭示出地表形变机理参数，有力的解释了研究区地表形变的影响因素。本专利技术的有益效果是：本专利技术公开的InSAR技术与地理探测器结合的地表形变监测方法，通过InSAR技术大范围、高精度地监测地表沉降，能有效减少地表沉降监测的经济投入，再利用地理探测器分析其驱动力，能定量研究地表沉降的驱动力，为预防地表沉降灾害提供理论和技术支持。附图说明图1是本专利技术的方法流程图。图2是InSAR技术监测到的地表沉降量。图3是格网与随机点图。具体实施方式一种InSAR技术与地理探测器结合的地表形变监测方法，实施步骤为：步骤一：利用SBAS-InSAR技术获取研究区的地表形变速率。（1）数据预处理：将32景Sentinel-1A影像导入ENVI中并根据研究区进行裁剪。（2）连接图生成：时间基线为200天，空间基线设置为临界基线的45%，选择多普勒质心频率最优2015年9月22日影像为超级主影像。（3）差分干涉图生成：根据影像方位向和距离向的分辨率以及入射角，计算出视数为1：4，相位解缠方法选为DelaunayMCF，使用基线工具对干涉图进行筛选，去除质量较差的干涉图。（4）轨道精炼和重去平：根据一定的先验知识在研究区选择一定数量具有高相干性的控制点，根据这些控制点的相位信息对初始解缠相位中的残余相位进行估计，并对残余地形相位进行去除。（5）SBAS反演：第一次反演中，使用线性模型估算形变速率和残余地形，并做二次解缠，对输入的干涉图进行优化，以便进行下一步处理。第二次反演中，使用低通滤波和高通滤波去除大气相位，得到最终形变速率与形变量。（6）地理编码：以相干系数0.85将SBAS反演的结果转换到地理坐标系下。（7）结果可视化：将地理编码后的矢量文件用Ar本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.InSAR技术与地理探测器结合的地表形变监测方法，其特征包括以下步骤：获取研究区的SAR图像、构建研究区地表形变驱动因素空间分布图、划分渔网生产随机点、利用地理探测器单因子和多因子交互方法对地表形变速率进行驱动力分析。/n

【技术特征摘要】
1.InSAR技术与地理探测器结合的地表形变监测方法，其特征包括以下步骤：获取研究区的SAR图像、构建研究区地表形变驱动因素空间分布图、划分渔网生产随机点、利用地理探测器单因子和多因子交互方法对地表形变速率进行驱动力分析。


2.根据权利要求1所述的获取研究区的SAR图像，其特征在于利用InSAR技术通过连接图生成、干涉、去平、相位解缠、反演和地理编码等步骤获取研究区地表形变速率。


3.根据权利要求1所述的构建研究区地表形变驱动因素空间分布图，其特征在于包含自然因素（地质断层、高程、坡度、地下水开采、降水和气温等）和社会因素（人口密度、建筑密度、距离铁路距离、距...

【专利技术属性】
技术研发人员：何毅，王文辉，陈宝山，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62