本发明专利技术是一种依据沉降速率的不同时序差分干涉地面沉降测量融合方法，旨在解决应对同一测区内部不同地面沉降速率区的测量精度与效率要求，实现依据地面沉降速率自动选择相适应的时序差分干涉测量方法。首先采用PS‑InSAR方法解算，然后以PS‑InSAR监测成果中栅格数据的经纬度坐标与栅格点上的沉降速率为样本，采用ISODATA聚类算法找到地面沉降速率大的区域分界线，在区域内最大沉降点的沉降速率超过规定阈值时，在原有SAR图像数据采用PS‑InSAR方法基础上，在区域分界线内对后续部分原有图像数据和新增图像数据采用小基线SBAS‑InSAR方法，然后与原沉降测量值进行加权平均。最终将区域分界线内外的沉降监测成果合并在一起，得到依据沉降速率的地面沉降测量融合监测成果。
【技术实现步骤摘要】
依据沉降速率的不同时序差分干涉地面沉降测量融合方法
本专利技术涉及融合PS-InSAR与SBAS-InSAR两种监测方法，旨在解决应对同一测区内部不同地面沉降速率区的测量精度与效率要求，实现依据地面沉降速率自动选择相适应的时序差分干涉测量方法，属于地面沉降监测领域。
技术介绍
目前，地面沉降的监测方法主要有精密水准测量、基岩标-分层标测量、GPS测量和合成孔径雷达差分干涉测量(InSAR)。其中，精密水准测量通过布设分级水准网，经平差计算和空间内插来获得地表形变信息，该方法获得的地面沉降信息具有很高的精度和可靠性，但由于其复测周期长，人力物力消耗巨大，且无法满足对地面沉降实时动态监测的要求，获取的监测信息不连续等缺陷，限制了该方法的广泛应用。但就现有地面沉降监测技术来看，精密水准测量以其高精度的优势仍是其他监测技术无法比拟的，常用于新型地面沉降监测技术精度的验证。基岩标-分层标监测方法能够高精度获取垂向分层地面沉降形变信息，其精度达到0.01～0.1mm。但由于操作复杂，施工工艺较高，费用昂贵等，限制了该方法在区域地面沉降监测中的广泛应用，目前常用于地面沉降机理研究方面。GPS测量技术随着仪器和解缠算法的持续改进，在地面沉降监测中发挥了重要作用。GPS测量具有周期短、定位精度高、布网迅速、全天侯等优点，在水平形变监测方面具有较高的精度，但在垂直形变监测方面由于受到大气延迟、布网形式、施测方法和解缠算法的限制，其垂直形变监测精度仍是其难以避免的缺陷。而且，GPS测量所获取的是点状分布的地面监测点形变信息，在信号不好或障碍物遮挡的地区，难以获得监测点的高程值，限制了该方法的使用。合成孔径雷达差分干涉测量技术是近二十年发展起来的新型空间对地观测技术，其特点是实时快速、大尺度、高精度，其垂直形变监测精度可达到mm级。但在水平形变监测方面其探测能力有限，对水平形变不敏感。并且在相位解缠方面受大气延迟和时空失相关影响较为严重，因此在解算时需消除这些误差的影响。永久散射体(PS-InSAR)和小基线集时序分析技术(SBAS-InSAR)相比，PS-InSAR可以不考虑时间和空间基线的限制，仅仅跟踪成像区域内雷达散射特性较为稳定的目标而放弃那些失相关严重的分辨单元，需要数据量大(至少需要20期影像以上)，对点密度要求高，监测精度较高，适用在城市沉降监测，雷达散射特性稳定，可靠点密度高。SBAS-InSAR利用短基线集技术将像对组合成若干个小的差分干涉集合，利用最小二乘法求得每个小集合的地表变形时间序列，需要数据量较少(至少需要12期影像以上)，时间采样率高，能够有效地减弱时空失相干的影响，从而使得到的监测成果在时间和空间上更为连续，监测精度不及PS-InSAR，但可以获得更多的监测点信息，适合于城市以外的野外地面沉降。同一测区内部不同地面沉降速率区的测量精度与效率要求是不同的，以及不同时序差分干涉测量方法的数据需求量对其监测精度的差异影像也是不同的。一般而言，PS-InSAR方法解算监测精度高，但是数据需求量大，一旦数据量不足精度下降很快；SBAS-InSAR方法解算监测精度不如PS-InSAR，但是小数据量时解算监测精度与效率反而高。所以无论是采用PS-InSAR或是采用SBAS-InSAR，单一解算方法对于区域内地面沉降速率差异性较大时都会带来一定区域范围内的方法缺陷与误差。故融合PS-InSAR与SBAS-InSAR实现依据地面沉降速率自动选择相适应的时序差分干涉测量方法具有非常重要的工程意义。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是提供一种依据沉降速率的不同时序差分干涉地面沉降测量融合方法，将传统的PS-InSAR低频次处理与SBAS技术高频次处理结合起来，利用SBAS处理的小数据量处理，旨在解决应对同一测区内部不同地面沉降速率区的测量精度与效率要求，实现依据地面沉降速率自动选择相适应的时序差分干涉测量方法，提高了地面沉降大区域的监测精度与效率。技术方案:本专利技术的一种依据沉降速率的不同时序差分干涉地面沉降测量融合方法包括以下步骤：步骤1：获得N幅合成孔径雷达SAR图像数据，构成SAR图像数据集合，所述N大于等于20；所述图像数据为合成孔径雷达对同一个地表观测场景进行成像并完成了图像配准的数据；步骤2：对步骤1获得的SAR图像数据集合进行永久散射体合成孔径雷达干涉测量PS-InSAR处理，计算出整个区域的地面沉降监测结果，获得满足相干性阈值C为筛分条件的永久散射PS点；步骤3：以PS-InSAR监测成果中PS点经纬度坐标与PS点沉降速率为样本，采用迭代自组织数据分析算法的聚类方法，依据PS点沉降速率将PS点空间坐标的划分为各个沉降区范围；步骤4：求各个沉降区域内离散点的最小几何边界，建立不规则三角网格并以三角网格表面最大边长D为约束条件对最小几何边界进行修正，修正后的最小几何边界即为各个沉降区的分界线L；步骤5：计算出各个沉降区的分界线L范围内PS点的最大综合相干系数Pl；步骤6：以步骤3中各个沉降区的聚类中心点为区域内最大沉降点，判别其沉降速率是否超过目标阈值，从而确定该沉降区是否是沉降加速区；步骤7：在步骤1之后获得后续部分SAR图像数据集合进行小基线集合成孔径雷达干涉测量SBAS-InSAR处理，计算出沉降加速区分界线L范围内地面沉降结果，并计算出沉降加速区分界线L范围内的SBAS-InSAR处理中平均综合相干系数P2；步骤8：若获得新的SAR图像数据，并对新获取的SAR图像数据进行筛选，若满足筛选条件，则将新获取的SAR图像数据加入步骤1中的SAR图像数据集合，更新SAR图像数据为M；步骤9：将配准结果符合相干性阈值C的新SAR图像数据与后续部分SAR图像数据集合进行合并，继续采用SBAS-InSAR方法重新计算出沉降加速区分界线L范围内地面沉降结果，并重新计算出沉降加速区分界线L的SBAS-InSAR处理中平均综合相干系数P2；步骤10：将沉降加速区分界线L范围内永久散射体合成孔径雷达干涉测量PS-InSAR地面沉降监测结果与SBAS-InSAR地面沉降监测结果，按照加权平均方法进行合并，获得沉降加速区分界线L范围内地面沉降监测结果；步骤11：重复执行步骤8～步骤10，直至无新获取的SAR图像数据为止；步骤12：将加权平均后沉降加速区分界线L范围内地面沉降监测结果转换为矢量数据，替换原有沉降加速区分界线L范围内的PS-InSAR处理的结果数据，获得最终整个研究区域的地面沉降监测结果。其中：所述步骤2与步骤8中相干性阈值C≥0.9。步骤4中所述最大边长D根据检测点离散型程度取4000～5000m。所述步骤8中的N1>N*0.6。所述步骤8中的具体筛选条件如下：新获取的SAR图像与步骤1中的SAR图像数据集合都为同一地表观测场景的数据，并且新获取的SAR图像与步骤1中的SAR图像数据集合中每一幅SAR图像数据的进行配准，若求得的N个相干性系数本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种依据沉降速率的不同时序差分干涉地面沉降测量融合方法，其特征在于该方法包括以下步骤：/n步骤1：获得N幅合成孔径雷达SAR图像数据，构成SAR图像数据集合，所述N大于等于20；所述图像数据为合成孔径雷达对同一个地表观测场景进行成像并完成了图像配准的数据；/n步骤2：对步骤1获得的SAR图像数据集合进行永久散射体合成孔径雷达干涉测量PS-InSAR处理，计算出整个区域的地面沉降监测结果，获得满足相干性阈值C为筛分条件的永久散射PS点；/n步骤3：以PS-InSAR监测成果中PS点经纬度坐标与PS点沉降速率为样本，采用迭代自组织数据分析算法的聚类方法，依据PS点沉降速率将PS点空间坐标的划分为各个沉降区范围；/n步骤4：求各个沉降区域内离散点的最小几何边界，建立不规则三角网格并以三角网格表面最大边长D为约束条件对最小几何边界进行修正，修正后的最小几何边界即为各个沉降区的分界线L；/n步骤5：计算出各个沉降区的分界线L范围内PS点的最大综合相干系数P
【技术特征摘要】
1.一种依据沉降速率的不同时序差分干涉地面沉降测量融合方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤1：获得N幅合成孔径雷达SAR图像数据，构成SAR图像数据集合，所述N大于等于20；所述图像数据为合成孔径雷达对同一个地表观测场景进行成像并完成了图像配准的数据；
步骤2：对步骤1获得的SAR图像数据集合进行永久散射体合成孔径雷达干涉测量PS-InSAR处理，计算出整个区域的地面沉降监测结果，获得满足相干性阈值C为筛分条件的永久散射PS点；
步骤3：以PS-InSAR监测成果中PS点经纬度坐标与PS点沉降速率为样本，采用迭代自组织数据分析算法的聚类方法，依据PS点沉降速率将PS点空间坐标的划分为各个沉降区范围；
步骤4：求各个沉降区域内离散点的最小几何边界，建立不规则三角网格并以三角网格表面最大边长D为约束条件对最小几何边界进行修正，修正后的最小几何边界即为各个沉降区的分界线L；
步骤5：计算出各个沉降区的分界线L范围内PS点的最大综合相干系数Pl；
步骤6：以步骤3中各个沉降区的聚类中心点为区域内最大沉降点，判别其沉降速率是否超过目标阈值，从而确定该沉降区是否是沉降加速区；
步骤7：在步骤1之后获得后续部分SAR图像数据集合进行小基线集合成孔径雷达干涉测量SBAS-InSAR处理，计算出沉降加速区分界线L范围内地面沉降结果，并计算出沉降加速区分界线L范围内的SBAS-InSAR处理中平均综合相干系数P2；
步骤8：若获得新的SAR图像数据，并对新获取的SAR图像数据进行筛选，若满足筛选条件，则将新获取的SAR图像数据加入步骤1中的SAR图像数据集合，更新SAR图像数据为M；
步骤9：将配准结果符合相干性阈值C的新SAR图像数据与后续部分SAR图像数据集合进行合并，继续采用SBAS-InSAR方法重新计算出沉降加速区分界线L范围内地面沉降结果，并重新计算出沉降加速区分界线L的SBAS-InSAR处理中平均综合相干系数P2；
步骤10...
【专利技术属性】
技术研发人员：王其合，张鹏，夏锦，刘晓波，陈曦林，
申请(专利权)人：中铁上海设计院集团有限公司，南京智慧岩土工程技术研究院有限公司，南京工业大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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