本发明专利技术提供了一种监测山体现今抬升速度的雷达时序差分干涉测量方法，包括：第一步骤：主被动遥感数据协同处理；第二步骤：执行雷达数据差分干涉处理；第三步骤：提取永久散射体的累积形变；第四步骤：针对提取的永久散射体的累积形变执行多尺度滤波；第五步骤：在多尺度滤波后执行山脊范围提取；第六步骤：根据滤波后永久散射体在时间序列上的绝对高程变化反演山体抬升形变。本发明专利技术提供了一种能够在宏观尺度上精准监测山体现今抬升速度的雷达时序差分干涉测量方法。序差分干涉测量方法。序差分干涉测量方法。
【技术实现步骤摘要】
一种监测山体现今抬升速度的雷达时序差分干涉测量方法
[0001]本专利技术涉及山体检测领域，具体涉及一种监测山体现今抬升速度的雷 达时序差分干涉测量方法。
技术介绍
[0002]监测山体抬升速度对于研究地壳活动强度、应力作用大小、同震形变 场、地震风险评估、现今构造活动演化趋势、地质历史考古、地质灾害预 测预警、重要工程选址等具有直观指示意义。目前，山体地质历史时期抬 升速度测量主要通过综合古地理研究法和同位素年代学方法。综合古地理 研究法利用将今论古原则，通过对地层古生物、古土壤、地貌等多学科综 合研究，恢复古地理环境，推测山体抬升幅度和时代。同位素年代学方法 是通过特征矿物或全岩的Rb
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Sr、K
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Ar或裂变径迹年龄，推算抬升速率及 隆起年代。前一种方法是直接客观的，后一种方法是简捷快速的，尤其对 环境恶劣地区山体抬升速度研究具有重要意义。山体现今抬升速度测量主 要基于精密水准测量。作为高程控制的重要基础，其本身施测时间长，网 点分布密度较小，对于高程现势性分析具有重要意义，但无法确定短期山 体高程动态变化。
[0003]雷达遥感是一种新型的对地观测技术，具有全天候、高精度获取地表 形变信息的能力。合成孔径干涉测量(Synthetic Aperture RadarInterferometry)是雷达微波成像和电磁波干涉的集成技术，该技术使用 卫星搭载的合成孔径雷达系统通过两副天线同时观测地面同一景观，获取 复影像对，在复图像上形成干涉纹图。干涉纹图中包含了斜距向上的点与 两天线位置之差的精确信息。根据复雷达图像的相位差信息，利用传感器 高度、雷达波长、波束视向及天线基线距之间的几何关系，通过影像处理、 数据处理和几何转换等来提取地面目标地形的三维信息。该技术可以获得 高精度的地形图信息，目前广泛用于资源调查、环境监测、灾害预报和军 事侦察等领域。其中，永久散射体干涉测量技术PS
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InSAR(PersistentScatterer Synthetic Aperture Radar Interferometry)在雷达遥感领 域中，是一种精度更高、现势性更强的动态监测技术。该技术通过分析时 间序列影像，提取时序内相位和幅度保持稳定的离散点，即PS(PersistentScatterer，永久散射体)点，反演地表缓慢形变。通过长时间序列点目 标分析技术，有效克服了空间去相干、时间去相干、大气延迟等系列问题， 显著提高了测量精度和信噪比，高程向测量精度优于厘米级甚至达到毫米 级。PS
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InSAR技术对于监测宏观尺度的山体抬升变化具有较大优势，但 相关领域的研究案例较少，且面临诸如：易混形变效应区分、地面标识库 建立、地质背景与抬升机理分析等一系列技术及理论困难。
技术实现思路
[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一 种能够在宏观尺度上精准监测山体现今抬升速度的雷达时序差分干涉测 量方法。
[0005]根据本专利技术，提供了一种监测山体现今抬升速度的雷达时序差分干涉 测量方法
包括：
[0006]第一步骤：主被动遥感数据协同处理；
[0007]第二步骤：执行雷达数据差分干涉处理；
[0008]第三步骤：提取永久散射体的累积形变；
[0009]第四步骤：针对提取的永久散射体的累积形变执行多尺度滤波；
[0010]第五步骤：在多尺度滤波后执行山脊范围提取；
[0011]第六步骤：根据滤波后永久散射体在时间序列上的绝对高程变化反演 山体抬升形变。
[0012]优选地，主被动遥感数据协同处理包括：
[0013]进行雷达数据数据导入以生成SLC数据；
[0014]对SLC数据执行轨道信息校正，修正轨道信息；
[0015]根据时间基线和空间基线选取主影像；
[0016]进行外部DEM导入，将DEM与主影像配准，得到每个像元的三维坐标 信息；
[0017]进行ESD配准，利用ESD方法生成主影像与副影像的几何关系，确保 配准精度达到预定要求；
[0018]进行Burst及子条带拼接，提取分块存储的卫星平台数据。
[0019]对被动(光学)遥感数据进行反射率生产、几何精校、数据拼接、裁 剪、镶嵌等预处理；
[0020]对主被动遥感数据进行联合配准处理。
[0021]优选地，导入的数据包括：被动遥感数据、主动遥感数据和地质背景 数据。
[0022]优选地，执行雷达数据差分干涉处理包括：对主影像与副影像执行干 涉处理以生成干涉图；随后构建差分相位模型，求解每个像元的差分相位； 最后，利用外部参考DEM数据和星历轨道参数，计算地形相位，并把地 形相位和平地相位从干涉相位中去除，得到差分干涉相位图。
[0023]优选地，主影像与副影像的干涉相位的公式为：式中φtopo为地形相位；φdef为形 变相位；φatm为大气延迟相位；φflat为平地相位；φnoise为噪声相位。
[0024]优选地，第三步骤包括：
[0025]PS候选点选取：选择对雷达波后向散射强度且时序上的稳定性达到 预定要求的点；
[0026]对PS候选点构建三角剖分网；
[0027]基于PS点的三角剖分网计算二次差分相位；
[0028]根据二次差分相位执行相位解缠，获取差分相位的形变相位和残余地 形相位。
[0029]第四步骤：对永久散射体提取结果执行多尺度滤波，在空间域滤除稳 定地表、植被变化及人类扰动引起的地表形变；在时间域滤除滑坡、泥石 流、土壤侵蚀、冻土涨缩等气候变化引起的地表形变，使监测对象锚定于 地体抬升形变。
[0030]多尺度滤波分为空间域滤波和时间域滤波。空间域滤波采用相位标准 差低通滤波滤除植被影响；采用监督式高通滤波滤除稳定地表；采用监督 式低通滤波滤除新建设施；采用土地利用分类掩膜不透水面和耕地等人类 活动区域。时间域滤波为永久散射体在
时间序列上的畸变滤波，以滤除滑 坡、泥石流等突发性地表形变；结合物候特征的时间域非线性滤波，滤除 土壤侵蚀、冻土胀缩等季节性地表形变。
[0031]其中，时间域非线性滤波公式为：
[0032]式中P为地体累积抬升量，N为地体累积抬升条件概率，a为观测频数，b 为地体起始形变值，σ2为随机扰动项的方差。假设随机扰动项εi服从期 望为0，方差为σ2的正态分布，令Y表示地体累积抬升量(y1～yi)的列 向量，ε表示残差的列向量，X为观测值矩阵，β为自变量系数的列向量， 则区域地体抬升的矩阵表达形式如公式：
[0033]Y＝Xβ+ε
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(1
‑
2)
[0034]优选地，在多尺度滤波后执行山脊范围提取包括：基于DEM数据进行 三维地形制图，使用分水岭方法圈定山脊范围，依次进行山谷填洼、流向 计算、流量计算、累积流量分割、分水岭处理，实现流域范围圈定，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种监测山体现今抬升速度的雷达时序差分干涉测量方法，其特征在于包括：第一步骤：主被动遥感数据协同处理；第二步骤：执行雷达数据差分干涉处理；第三步骤：提取永久散射体的累积形变；第四步骤：针对提取的永久散射体的累积形变执行多尺度滤波；第五步骤：在多尺度滤波后执行山脊范围提取；第六步骤：根据滤波后永久散射体在时间序列上的绝对高程变化反演山体抬升形变。2.根据权利要求1所述的监测山体现今抬升速度的雷达时序差分干涉测量方法，其特征在于，主被动遥感数据协同处理包括：进行主动遥感数据，即雷达数据的导入以生成SLC数据；对SLC数据执行轨道信息校正，修正轨道信息；根据时间基线和空间基线选取主影像；进行外部DEM导入，将DEM与主影像配准，得到每个像元的三维坐标信息；进行ESD配准，利用ESD方法生成主影像与副影像的几何关系，确保配准精度达到预定要求；进行Burst及子条带拼接，提取分块存储的卫星平台数据，对被动(光学)遥感数据进行反射率生产、几何精校、数据拼接、裁剪、镶嵌等预处理；对主被动遥感数据进行联合配准处理。3.根据权利要求2所述的监测山体现今抬升速度的雷达时序差分干涉测量方法，其特征在于，执行雷达数据差分干涉处理包括：对主影像与副影像执行干涉处理以生成干涉图；随后构建差分相位模型，求解每个像元的差分相位；最后，利用外部参考DEM数据和星历轨道参数，计算地形相位，并把地形相位和平地相位从干涉相位中去除，得到差分干涉相位图。4.根据权利要求2所述的监测山体现今抬升速度的雷达时序差分干涉测量方法，其特征在于，主影像与副影像的干涉相位的公式为：式中φtopo为地形相位；φdef为形变相位；φatm为大气延迟相位；φflat为平地相位；φnoise为噪声相位。5.根据权利要求1所述的监测山体现今抬升速度的雷达时序差分干涉测量方法，其特征在于永久散射体提取：PS候选点选取：选择对雷达波后向散射强度且时序上的稳定性达到预定要求的点；对PS候选点构建三角剖分网；基于PS点的三角剖分网计算二次差分相位；根据二次差分相位执行相位解缠，获取差分相位的形变相位和残余地形相位。6.根据权利要求1所述的监测山体现今抬升速度的雷达时序差分干涉测量方法，其特征在于，第四步骤对永久散射体提取结...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨通，南燕云，王效科，张路，张智杰，韩圣其，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：
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