一种耦合InSAR和数值模拟分析城区滑坡形变的方法技术

本发明专利技术公开了一种耦合InSAR和数值模拟分析城区滑坡形变的方法、系统及装置，耦合InSAR技术和有限元分析对滑坡运动进行数值模拟，与单纯InSAR测得的表面形变相比，其可以模拟整个滑坡体的真实物理运动过程，实现分析载荷对滑坡体的影响，利于所研究区域的可持续发展；而且，本申请将InSAR测量结果作为参考，以构建更准确模拟滑坡体形变的数值模型，从而更准确模拟整个滑坡体的真实物理运动过程。模拟整个滑坡体的真实物理运动过程。模拟整个滑坡体的真实物理运动过程。

【技术实现步骤摘要】
一种耦合InSAR和数值模拟分析城区滑坡形变的方法


[0001]本专利技术涉及滑坡领域，特别是涉及一种耦合InSAR和数值模拟分析城区 滑坡形变的方法、系统及装置。

技术介绍

[0002]滑坡是造成世界范围内巨大人员伤亡和经济损失的主要地质灾害。目前， 地貌学领域制图和航空照片的可视化解析是滑坡测量和制图的最常用方法。但 是，在多云多雨天气条件下无法获得航空照片，相比之下，基于卫星的合成孔 径雷达干涉仪(InSAR)的微波可以穿透云层、烟雾、雾气等，已被广泛应用 于滑坡运动监测。
[0003]现有的滑坡运动监测多集中在远离人类活动区域的偏远地区，这些地区的 土地开发通常很少，其研究重心是自然因素对滑坡的影响。而在中国西南部的 地震断裂带，土地资源稀缺，新城市的建设往往在陡峭的斜坡上进行。由于复 杂的地质结构和地形，工程干扰容易诱发滑坡。相比于土地未开发地区，此类 滑坡运动通常需要承受复杂的载荷，例如降水、建筑物及水文载荷，但单纯使 用InSAR只能测量表面形变，不足以从物理上解释这些载荷的影响，不利于 所研究区域的可持续发展。
[0004]因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域的技术人员目前需 要解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种耦合InSAR和数值模拟分析城区滑坡形变的方 法、系统及装置，采用有限元分析对滑坡运动进行数值模拟，与InSAR测得 的表面形变相比，其可以模拟整个滑坡体的真实物理运动过程，实现分析载荷 对滑坡体的影响，利于所研究区域的可持续发展；而且，本申请将InSAR测 量结果作为参考，以构建更准确模拟滑坡体形变的数值模型，从而更准确模拟 整个滑坡体的真实物理运动过程。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种耦合InSAR和数值模拟分析城 区滑坡形变的方法，包括：
[0007]获取滑坡体的二维横截面视图，并基于所述二维横截面视图构建一定大 小的有限元网格，且初始化所述滑坡体的材料属性及定义用于表征所述滑坡 体的真实载荷的边界条件；
[0008]基于所述有限元网格、所述材料属性及所述边界条件，建立用于模拟所 述滑坡体形变的数值模型，并利用所述数值模型模拟所述滑坡体的形变，得 到所述滑坡体的形变模拟值；
[0009]获取所述滑坡体在InSAR下的形变测量值，并在所述滑坡体的形变模拟 值等于对应的形变测量值的目标条件下调整所述滑坡体的材料属性值，最终 得到所述滑坡体的最佳材料属性值；
[0010]基于所述最佳材料属性值对应的数值模型，模拟所述滑坡体的真实物理 运动过
程，得到所述滑坡体的全方位运动。
[0011]优选地，在所述滑坡体的形变模拟值等于对应的形变测量值的目标条件 下调整所述滑坡体的材料属性值，最终得到所述滑坡体的最佳材料属性值的 过程，包括：
[0012]计算目标函数并判断所述目标函数是 否达到最小化要求；其中，(p1,p2,
…
,p
m
)为所述滑坡体的材料属性集，为 所述滑坡体上第i个InSAR点的形变模拟值，U
i
为所述滑坡体上第i个 InSAR点的形变测量值，n为所述滑坡体上所有InSAR点的数量；
[0013]若是，则将当前调整的所述滑坡体的材料属性值作为最佳材料属性值；
[0014]若否，则通过遗传算法调整所述滑坡体的材料属性值，并返回执行计算 目标函数的操作。
[0015]优选地，所述滑坡体的材料属性集包括有效弹性模量、水力属性、激活 孔隙水压力及泊松比。
[0016]优选地，所述边界条件包括降水引起的水力作用、体载荷及建筑施工引 起的力的作用。
[0017]优选地，获取所述滑坡体在InSAR下的形变测量值的过程，包括：
[0018]基于InSAR，分别获取所述滑坡体上各InSAR点在升轨轨道和降轨轨道 上的形变观测值，并将各InSAR点在升轨轨道和降轨轨道上的形变观测值进 行二维形变速度分解，得到各InSAR点的东西形变分量和垂直形变分量；其 中，所述InSAR点包括所述滑坡体上的PS点和DS点；
[0019]分别将各InSAR点的东西形变分量和垂直形变分量进行合并，得到各 InSAR点的形变合并量，并各InSAR点的形变合并量对应作为所述滑坡体上 各InSAR点的形变测量值。
[0020]优选地，分别获取所述滑坡体上各InSAR点在升轨轨道和降轨轨道上的 形变观测值的过程，包括：
[0021]获取所述滑坡体的SAR图像，对所述SAR图像进行数据配准，并根据 数据配准后的SAR图像生成差分干涉图；其中，所述SAR图像包括升轨图 像和降轨图像；
[0022]基于所述差分干涉图构建用于监测所述滑坡体的部分PS点形变的第一层 网络，并基于所述第一层网络监测所述部分PS点的形变值，得到所述部分 PS点的形变观测值；
[0023]对所述差分干涉图进行相位优化处理，并基于相位优化处理的差分干涉 图构建用于监测所述滑坡体的剩余PS点和所有DS点形变的第二层网络，且 基于所述第二层网络监测所述剩余PS点和所有DS点的形变值，得到所述剩 余PS点和所有DS点的形变观测值。
[0024]为解决上述技术问题，本专利技术还提供了一种耦合InSAR和数值模拟分析 城区滑坡形变的系统，包括：
[0025]条件设置模块，用于获取滑坡体的二维横截面视图，并基于所述二维横 截面视图构建一定大小的有限元网格，且初始化所述滑坡体的材料属性及定 义用于表征所述滑坡体的真实载荷的边界条件；
[0026]形变模拟模块，用于基于所述有限元网格、所述材料属性及所述边界条 件，建立用于模拟所述滑坡体形变的数值模型，并利用所述数值模型模拟所 述滑坡体的形变，得到
所述滑坡体的形变模拟值；
[0027]属性调整模块，用于获取所述滑坡体在InSAR下的形变测量值，并在所 述滑坡体的形变模拟值等于对应的形变测量值的目标条件下调整所述滑坡体 的材料属性值，最终得到所述滑坡体的最佳材料属性值；
[0028]最佳模拟模块，用于基于所述最佳材料属性值对应的数值模型，模拟所 述滑坡体的真实物理运动过程，得到所述滑坡体的全方位运动。
[0029]优选地，所述属性调整模块具体用于：
[0030]获取所述滑坡体在InSAR下的形变测量值，计算目标函数 并判断所述目标函数是否达到最小化要 求；其中，(p1,p2,
…
,p
m
)为所述滑坡体的材料属性集，为所述滑坡体上第 i个InSAR点的形变模拟值，U
i
为所述滑坡体上第i个InSAR点的形变测量 值，n为所述滑坡体上所有InSAR点的数量；
[0031]若是，则将当前调整的所述滑坡体的材料属性值作为最佳材料属性值；
[0032]若否，则通过遗传算法调整所述滑坡体的材料属性值，并返回执行计算 目标函数的操作。
[0033]优选地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耦合InSAR和数值模拟分析城区滑坡形变的方法，其特征在于，包括：获取滑坡体的二维横截面视图，并基于所述二维横截面视图构建一定大小的有限元网格，且初始化所述滑坡体的材料属性及定义用于表征所述滑坡体的真实载荷的边界条件；基于所述有限元网格、所述材料属性及所述边界条件，建立用于模拟所述滑坡体形变的数值模型，并利用所述数值模型模拟所述滑坡体的形变，得到所述滑坡体的形变模拟值；获取所述滑坡体在InSAR下的形变测量值，并在所述滑坡体的形变模拟值等于对应的形变测量值的目标条件下调整所述滑坡体的材料属性值，最终得到所述滑坡体的最佳材料属性值；基于所述最佳材料属性值对应的数值模型，模拟所述滑坡体的真实物理运动过程，得到所述滑坡体的全方位运动。2.如权利要求1所述的耦合InSAR和数值模拟分析城区滑坡形变的方法，其特征在于，在所述滑坡体的形变模拟值等于对应的形变测量值的目标条件下调整所述滑坡体的材料属性值，最终得到所述滑坡体的最佳材料属性值的过程，包括：计算目标函数并判断所述目标函数是否达到最小化要求；其中，(p1,p2,
…
,p
m
)为所述滑坡体的材料属性集，为所述滑坡体上第i个InSAR点的形变模拟值，U
i
为所述滑坡体上第i个InSAR点的形变测量值，n为所述滑坡体上所有InSAR点的数量；若是，则将当前调整的所述滑坡体的材料属性值作为最佳材料属性值；若否，则通过遗传算法调整所述滑坡体的材料属性值，并返回执行计算目标函数的操作。3.如权利要求2所述的耦合InSAR和数值模拟分析城区滑坡形变的方法，其特征在于，所述滑坡体的材料属性集包括有效弹性模量、水力属性、激活孔隙水压力及泊松比。4.如权利要求1所述的耦合InSAR和数值模拟分析城区滑坡形变的方法，其特征在于，所述边界条件包括降水引起的水力作用、体载荷及建筑施工引起的力的作用。5.如权利要求1所述的耦合InSAR和数值模拟分析城区滑坡形变的方法，其特征在于，获取所述滑坡体在InSAR下的形变测量值的过程，包括：基于InSAR，分别获取所述滑坡体上各InSAR点在升轨轨道和降轨轨道上的形变观测值，并将各InSAR点在升轨轨道和降轨轨道上的形变观测值进行二维形变速度分解，得到各InSAR点的东西形变分量和垂直形变分量；其中，所述InSAR点包括所述滑坡体上的PS点和DS点；分别将各InSAR点的东西形变分量和垂直形变分量进行合并，得到各InSAR点的形变合并量，并各InSAR点的形变合并量对应作为所述滑坡体上各InSAR点的形变测量值。6.如权利要求5所述的耦合InSAR和数值模拟分析城区滑坡形变的方法，其特征在于，分别获取所述滑坡体上各InSAR点在升轨轨道和降轨轨道上的形变观测值的过程，包括：获取所述滑坡体的SAR图像，对所述SAR图像进行数据配准，并根据数据配准后的SAR图像生成差分干涉图；其中，所述SAR图像包括升轨图像和降轨图像；基于所述差分...

【专利技术属性】
技术研发人员：林珲，马培峰，叶关根，郑毅，
申请(专利权)人：马培峰，
类型：发明
国别省市：