基于高分辨率INSAR的高层建筑沉降监测结果三维定位方法技术

本发明专利技术公开了基于高分辨率INSAR的高层建筑沉降监测结果三维定位方法，属于INSAR数据应用处理与建筑物安全监测技术领域。首先利用高分辨率SAR卫星对待监测目标建筑进行周期观测，每个周期分别获取一张SAR监测图像，获取参考SAR图像和待监测目标建筑沉降监测结果，进一步获得参考SAR图像的侧视方向、轨道方向。然后利用空间位置关系、参考SAR图像的灰度和纹理分布确定待监测目标建筑的掩膜，提取掩膜范围内各PS点的原始位置信息，计算所有PS点对应的入射角，结合各自对应的高程参数，计算每个PS点正确的空间三维坐标位置。最后将空间三维坐标位置代入到三维GIS软件，实时观察待监测目标建筑的对应形变结果。本发明专利技术实现了形变监测结果由二维到三维的转变。测结果由二维到三维的转变。测结果由二维到三维的转变。

【技术实现步骤摘要】
基于高分辨率INSAR的高层建筑沉降监测结果三维定位方法


[0001]本专利技术属于INSAR(Interferometry Synthetic Aperture Radar,干涉合成孔径雷达)数据应用处理与建筑物安全监测
，具体涉及一种基于高分辨率INSAR的高层建筑沉降监测结果三维定位方法。

技术介绍

[0002]随着经济建设的高速发展，城市现代化的日新月异，在大、中城市纷纷新建大量的高层建筑。在当前，房屋建筑是个人和家庭最重要的财产和生活保障，其质量和安全关系到人民群众的切身利益。然而近年来我国各地楼房倒塌时有发生，造成严重的人员伤亡和经济损失。为保障建筑物的安全，必须要周期性地对建筑物上的观测点进行沉降监测，而且在高层建筑竣工多年后，仍需要及时发现因不均匀沉降造成建筑主体结构的破坏或出现安全隐患的情况。
[0003]目前我国正在上海等城市试行的建筑工程质量潜在缺陷保险(Inherent Defects Insurance，IDI)就是针对因建筑工程潜在缺陷造成建筑物损坏承担赔偿责任的保险，在建筑工程竣工2年后开始对建筑物的质量和结构等进行周期监测，实行全覆盖、长时间、连续和高精度的形变监测与风险分析。
[0004]目前常用的建筑物沉降监测手段包括水准仪、全站仪和GPS测量等。这些技术能够提供变形体整体的绝对变形信息，具有较高的精度。但是需要在目标区域进行测量点布设等外业工作，还存在观测点稀疏、不能全天候观测、观测周期较长和观测成本较高等问题，因此无法实现大范围、快速、长期的建筑沉降的监测，这些都给城市高层建筑沉降灾害隐患防治带来了一定的困难。因此需要一种更科学、高效和全面的高新技术监测手段，为城市建筑沉降灾害防治提供必要信息。
[0005]INSAR作为一种主动式微波遥感手段，具有全天时、全天候和无需设置地面观测点等特性，通过多时相雷达回波相位变化可以获取地表高程和沉降信息。永久散射体(Permanent Scatter，PS)干涉测量方法基于INSAR技术，通过识别选取雷达图像中具有稳定散射特性的相干点目标，如房屋、桥梁、公路护栏或铁路道床等强反射点，并分析这些永久散射体的相位变化来反演形变信息。这种测量方法，最大限度地消除多时相数据的失相干以及大气干扰等影响，可以实现地面毫米级的形变监测，已经在地质灾害监测等方面发挥了重要作用。在利用PS点获取形变信息的基本原理上，陆续形成了小基线集方法、相干目标方法和三维层析等多种技术方法，这些方法大大降低了对INSAR数据获取的要求，并且提升了处理过程中PS点的密度和反演解算精度。
[0006]随着雷达(SAR)卫星分辨率的提升，城市高层建筑在SAR影像表现出更多的细节，在永久散射体干涉测量处理中可以获得建筑结构体和顶上更多的PS点，因此可准确获取建筑物上不同高程位置的时序形变。永久散射体干涉测量方法通常基于同一地区多时相INSAR单视复数产品数据，选择参考图像，通过数据配准获取相对干涉图；提取影像上的PS点，通过处理得到差分干涉图；通过高质量PS点作为参考基准，获得各个PS点的形变速率和
高程值，并采用时空滤波处理消除大气等误差；最后对形变结果进行地理编码，获得覆盖区的SAR地理编码影像、PS点形变速率和形变序列结果。
[0007]但是目前常用的INSAR形变监测处理软件(如SNAP、SARscape、GAMMA软件等)获取的PS点形变监测结果都是基于二维平面，由于SAR是斜视成像，高层建筑的PS点在图像中会出现顶底倒置等几何失真现象，既影响了IDI中高层建筑物三维信息的表达，也无法体现高分辨SAR监测沉降结果的优势。
[0008]因此根据SAR成像特性以及建筑三维信息，对SAR影像中的PS点进行筛选和空间位置的重新定位，获取建筑物上PS点在三维空间的准确信息，实现对于高程建筑物沉降形变的准确展示，从而可以为城市整体区域及单体建筑的安全监测提供有效的保障。

技术实现思路

[0009]本专利技术基于高分辨率INSAR的形变监测技术和高层建筑在SAR中的成像几何特性，提供了一种基于高分辨率INSAR的高层建筑沉降监测结果三维定位方法；
[0010]所述方法包括如下步骤：
[0011]步骤一、利用高分辨率SAR卫星对待监测目标建筑进行周期观测，每个周期分别获取一张SAR监测图像，并使用永久散射体干涉测量算法进行处理，获取参考SAR图像和待监测目标建筑沉降监测结果。
[0012]步骤二、根据INSAR产品参数文件获得参考SAR图像的侧视方向、轨道方向。
[0013]侧视方向是指图像的右/左视方向，轨道方向是指图像的升/降轨方向；
[0014]步骤三、利用空间位置关系、参考SAR图像的灰度和纹理分布确定待监测目标建筑的掩膜。
[0015]具体步骤如下：
[0016]首先，对参考SAR图像进行高斯滤波处理，消除图像上的斑点噪声；然后，采用恒虚警概率检测算法，对参考SAR图像中像素灰度值大小进行比较，提取待监测目标建筑在参考SAR图像中形成的反射点区域位置，获得初步的待监测目标建筑的空间掩膜范围；
[0017]接着，根据参考SAR图像的侧视方向和轨道方向，确定待监测目标建筑各PS点的偏移方向。
[0018]对于升轨右视，高层PS点向西偏移，对于升轨左视，高层PS点向东偏移；
[0019]对于降轨右视，高层PS点向东偏移；对于降轨左视，高层PS点向西偏移。
[0020]最后，根据待监测目标建筑的PS偏移，结合SAR叠掩、阴影和强反射形成的L线性或L形亮线特征，以及参考SAR图像的纹理特征和周边建筑情况，手工修正待监测目标建筑在参考SAR图像上的掩膜范围；
[0021]步骤四、利用待监测目标建筑的沉降监测结果，提取掩膜范围内各PS点的原始位置信息；
[0022](Lat
i0
，Long
i0
)表示第i个PS点的原始经纬度位置，H
i0
为形变结果中的第i个PS点的相对高程值。
[0023]步骤五、根据参考SAR图像数据四个角点位置和待监测目标建筑的所有PS点原始位置，计算所有PS点对应的入射角。
[0024]第i个PS点的入射角θ
i
计算公式如下：
[0025][0026][0027][0028]其中，(Lat
RT
，Long
RT
)为参考SAR图像右上点坐标，(Lat
LT
，Long
LT
)为参考SAR图像左上点坐标，(Lat
RD
，Long
RD
)为参考SAR图像右下点坐标，(Lat
LD
，Long
LD
)为参考SAR图像左下点坐标；θ
RT
为参考SAR图像右上点入射角的值、θ
LT
为参考SAR图像左上点入射角的值，θ
RD
为参考SAR图像右下点入射角的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于高分辨率INSAR的高层建筑沉降监测结果三维定位方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、利用高分辨率SAR卫星对待监测目标建筑进行周期观测，每个周期分别获取一张INSAR监测图像，并使用永久散射体干涉测量算法进行处理，获取参考SAR图像和待监测目标建筑沉降监测结果；步骤二、根据INSAR产品参数文件获得参考SAR图像的侧视方向、轨道方向；步骤三、利用空间位置关系、参考SAR图像的灰度和纹理分布确定待监测目标建筑的掩膜；具体步骤如下：首先、对参考SAR图像进行高斯滤波处理，消除图像上的斑点噪声；然后，采用恒虚警概率检测算法，对参考SAR图像中像素灰度值大小进行比较，提取待监测目标建筑在参考SAR图像中形成的反射点区域位置，获得初步的待监测目标建筑的空间掩膜范围；接着，根据参考SAR图像的侧视方向和轨道方向，确定待监测目标建筑各PS点的偏移方向；对于升轨右视，高层PS点向西偏移，对于升轨左视，高层PS点向东偏移；对于降轨右视，高层PS点向东偏移；对于降轨左视，高层PS点向西偏移；最后，根据待监测目标建筑的PS偏移，结合SAR叠掩、阴影和强反射形成的L线性或L形亮线特征，以及参考SAR图像的纹理特征和周边建筑情况，手工修正待监测目标建筑在参考SAR图像上的掩膜范围；步骤四、利用待监测目标建筑的沉降监测结果，提取掩膜范围内各PS点的原始位置信息；(Lat
i0
，Long
i0
)表示第i个PS点的原始经纬度位置，H
i0
为形变结果中的第i个PS点的相对高程值；步骤五、根据参考SAR图像数据四个角点位置和待监测目标建筑的所有PS点原始位置，计算所有PS点对应的入射角；第i个PS点的入射角θ
i
计算公式如下：计算公式如下：计算公式如下：其中，(Lat
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【专利技术属性】
技术研发人员：俞雷，郗晓菲，张薇，姚勇航，赵路明，康曼，
申请(专利权)人：北京四象爱数科技有限公司，
类型：发明
国别省市：