一种基于合成孔径雷达技术的地质灾害边坡位移监测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于合成孔径雷达技术的地质灾害边坡位移监测方法，涉及地质灾害监测技术领域，合成孔径雷达接收原始雷达回波信号上传远程监控中心；对参考原始数据与观测数据进行信号解调，获得复幅值雷达图像；参考图像、观测图像取模、配准参数计算，得出新的图像坐标映射关系；对图像通过坐标变换、裁剪、插值，得到相互匹配的图像对；对图像对进行干涉，得到强度场与相位场，对相位场进行滤波、解包裹，后经过换算得到距离向位移；通过距离向位移计算导出距离向速度与距离向加速度；将强度场、距离向位移、距离向速度与距离向加速度结果作为张量输入到评估函数中进行危险等级判断，本发明专利技术具有实现精细配准、危险等级判断精准度高等优点。准度高等优点。准度高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于合成孔径雷达技术的地质灾害边坡位移监测方法


[0001]本专利技术涉及地质灾害监测
，具体的说是一种基于合成孔径雷达技术的地质灾害边坡位移监测方法。

技术介绍

[0002]随着我国经济的快速发展，露天矿的开采范围和开采深度在不断的增加，从而形成了众多大型的边坡，边坡很容易发生滑坡等事故，对矿区安全生产造成了很大威胁。为了发现边坡隐患，消除危害，有效而经济地采取整治措施，必须对各种边坡进行监测。
[0003]目前，已有采用地基合成孔径雷达实现对边坡进行监测预警，经检索，CN2014107840289公开了一种基于地基合成孔径雷达的边坡安全监测预警方法，该方法通过获取地基合成孔径雷达周期性发送的被监测边坡区域的原始雷达数据，对原始雷达数据分别进行二维成像处理，获得复数雷达图像，依次进行图像配准、干涉图生成、相位解缠、大气相位矫正和形变图转换，得到反映被监测边坡区域在第n个观测周期相对于初次观测时刻的形变图，对该形变图dn(x,y)进行地理编码，得到三维形变数据Tn(x,y,z)，并根据之前观测周期的三维形变数据T1(x,y,z),...,Tn
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1(x,y,z)更新被监测边坡区域的形变速度与加速度估计值，再通过预先设定的判决准则和预测模型，对可能出现的边坡隐患的位置、时间和变化趋势进行声、光、电信号预警，其包括：将三维形变数据Tn (x ,y ,z)与之前观测周期的三维形变数据T1 (x ,y ,z) ,...,Tn
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1 (x ,y ,z)结合，估计并更新边坡区域的形变速度v(x ,y ,z)、加速度值a(x ,y ,z)；对三维形变数据、形变速度、加速度值以预先设定的风险评估准则f进行综合评价，得到风险评估因子f(Tn ,v ,a)，与预先设定的阈值C进行比较，当风险评估因子f(Tn ,v ,a)＞C时，判为存在隐患，对可能出现边坡隐患的位置、时间和变化趋势进行声、光、电信号预警。
[0004]此种监测预警方法存在的不足之处为：一是在复数雷达图像获取后，直接进行图像配准，容易导致配准误差大，从而使得后续得到的相位值失相干，相位值失相干是指使得两次成像获得的回波相位发生变化，导致相干性降低的现象，相位相干性是评价合成孔径雷达干涉相位可靠性的重要指标，一旦出现失相干，相应区域的合成孔径雷达形变监测值是不可靠的；二是图像配准、干涉图生成后直接对相位解缠，相位解缠过程中无法获得连续、完整的相位场；三是关于加速度的计算方式，从专利申请文件的描述无法正确的推导出加速度；四是风险评估因子与预先设定的阈值进行比较，此种方式只考虑了当前点的情况，没有考虑空间性和时间性，评估准确度低。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种基于合成孔径雷达技术的地质灾害边坡位移监测方法，能够实现精细配准、减小配准误差、相位场连续完整、危险等级判断精准度高。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于合成孔径雷达技术的地质灾害边坡位移监测方法，该方法包括：步骤S1：合成孔径雷达静止放置并利用GNSS监测和修正位置，接收远程监控中心的控制参数和启动指令，合成孔径雷达采集被监测区域的原始雷达回波信号并上传回远程监控中心，直至远程监控中心发出停止采集信号的指令；合成孔径雷达以观测周期重复上述采集过程 ,即每经过时间的间隔，合成孔径雷达进行一次数据采集，作为参考时刻接收的参考原始数据记为，第n个观测时刻接收的观测数据记为，与包含了不同方位向坐标上的一系列的回波信息；步骤S2：对参考原始数据与之后的观测数据分别以距离坐标为自变量进行信号解调，获得复幅值雷达图像，分别记为、，其中，x表示观测区域相对于合成孔径雷达的方位向坐标，r表示观测区域相对于合成孔径雷达的距离向坐标；步骤S3：以为参考图像，为观测图像，进行取模、配准参数计算，得出新的图像坐标映射关系；步骤S4：对图像通过坐标变换、裁剪、插值操作实现配准，得到相互匹配的图像对；步骤S5：对图像对进行干涉，得到强度场与相位场，再对相位场进行滤波、解包裹，后经过换算得到第n个时刻的相对于参考时刻的距离向位移；步骤S6：将第n次距离向位移与先前n
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1次观测周期的距离向位移相结合并计算，导出距离向速度与距离向加速度，将强度场、距离向位移、距离向速度、距离向加速度分别对应至真实模型的地理坐标上，通过软件进行输出与可视化；步骤S7：将前n次观测的强度场、距离向位移、距离向速度与距离向加速度结果作为张量输入到评估函数中以进行危险等级判断，对于不同的边坡位置给出不同程度多种信号的预警；复幅值雷达图像获取后，对复幅值雷达图像进行取模和配准参数计算，可以针对不同复杂情况完成相关点的精细配准，有效减少因为配准误差而后续导致的相位场失相干；对图像进行坐标变换、裁剪、插值操作，使得参考图像和观测图像可以精确配准，并重新统一坐标，方便后续的数据处理；对相位场解包裹前，先进行滤波操作，相对于无滤波的场合，相位解包裹的过程中可以获得更完整、更连续的相位场；危险等级判断方法，既考虑空间性又考虑时间性，危险等级判断更为精准；通过如上步骤的配合，可以实现对地基边坡安全的精准监测。
[0007]本专利技术步骤S3中配准参数计算采用数字图像相关DIC方法得到坐标偏移量以及采用SIFT特征点提取法得到图像变换矩阵M，数字图像相关DIC方法的配准结果与SIFT特征点提取法的配准结果互为参照；数字图像相关DIC计算方法为：
以为参考图像，为观测图像，分别进行取模运算后，利用数字图像相关DIC方法得到坐标偏移量，对观测图像按照DIC方法进行坐标变换，变换后的坐标； SIFT特征点提取计算方法为：以为参考图像，为观测图像，分别进行取模运算后，利用SIFT特征点提取法得到图像变换矩阵M，对于SIFT特征点提取算法则有变换后的坐标；对于雷达图像采用数字图像相关DIC方法、SIFT特征点匹配算法，可以针对不同复杂情况完成相关点的精细配准，同时两种不同方法的配准结果可互为参照，有效减少因为配准误差而后续导致的相位场失相干。
[0008]本专利技术步骤S3中数字图像相关DIC计算方法与SIFT特征点提取计算方法配准结果互为参照方法为：设定一个很小的转角和平动偏移阈值，通过数字图像相关DIC计算方法得到的坐标偏移量判断是否超过偏移阈值，以及通过SIFT特征点提取计算方法得到的图像变换矩阵，通过图像变换矩阵得出的转角和偏移量，判断是否超过偏移阈值，超过该偏移阈值的结果舍弃，若通过数字图像相关DIC计算方法以及通过SIFT特征点提取计算方法得到偏移量都超过偏移阈值，则远程监控中心判断测量无效，说明测量的地基已经失稳，若都未超过偏移阈值，可择优选取或取两种方法坐标转换结果的平均值；考虑到边坡监测的特异性，不同时期的观测图像相对于参考图像，转角和平动偏移为极小量，通过设置偏移阈值，以进一步确保在配准参数计算过程中保证配准误差小。
[0009]本专利技术步骤S4中配准的方法为：将观测图像的函数值映射至新的图像坐标下，实现坐标变换，此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于合成孔径雷达技术的地质灾害边坡位移监测方法，其特征在于，该方法包括：步骤S1：合成孔径雷达静止放置，接收远程监控中心的控制参数和启动指令，合成孔径雷达采集被监测区域的原始雷达回波信号并上传回远程监控中心，直至远程监控中心发出停止采集信号的指令；合成孔径雷达以观测周期重复上述采集过程 ,即每经过时间的间隔，合成孔径雷达进行一次数据采集，作为参考时刻接收的参考原始数据记为，第n个观测时刻接收的观测数据记为，与包含了不同方位向坐标上的一系列的回波信息；步骤S2：对参考原始数据与之后的观测数据分别以距离坐标为自变量进行信号解调，获得复幅值雷达图像，分别记为、，其中，x表示观测区域相对于合成孔径雷达的方位向坐标，r表示观测区域相对于合成孔径雷达的距离向坐标；步骤S3：以为参考图像，为观测图像，进行取模、配准参数计算，得出新的图像坐标映射关系；步骤S4：对图像通过坐标变换、裁剪、插值操作实现配准，得到相互匹配的图像对；步骤S5：对图像对进行干涉，得到强度场与相位场，再对相位场进行滤波、解包裹，后经过换算得到第n个时刻的相对于参考时刻的距离向位移；步骤S6：将第n次距离向位移与先前n
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1次观测周期的距离向位移相结合并计算，导出距离向速度与距离向加速度，将强度场、距离向位移、距离向速度、距离向加速度分别对应至真实模型的地理坐标上，通过软件进行输出与可视化；步骤S7：将前n次观测的强度场、距离向位移、距离向速度与距离向加速度结果作为张量输入到评估函数中以进行危险等级判断，对于不同的边坡位置给出不同程度多种信号的预警。2.根据权利要求1所述的一种基于合成孔径雷达技术的地质灾害边坡位移监测方法，其特征在于：步骤S3中配准参数计算采用数字图像相关DIC方法得到坐标偏移量以及采用SIFT特征点提取法得到图像变换矩阵M，数字图像相关DIC方法的配准结果与SIFT特征点提取法的配准结果互为参照；数字图像相关DIC计算方法为：以为参考图像，为观测图像，分别进行取模运算后，利用数字图像相关DIC方法得到坐标偏移量，对观测图像按照DIC方法进行坐标变换，变换后的坐标； SIFT特征点提取计算方法为：以为参考图像，为观测图像，分别进行取模运算后，利用SIFT特征点
提取法得到图像变换矩阵M，对于SIFT特征点提取算法则有变换后的坐标。3.根据权利要求2所述的一种基于合成孔径雷达技术的地质灾害边坡位移监测方法，其特征在于：步骤S3中数字图像相关DIC计算方法与SIFT特征点提取计算方法配准结果互为参照方法为：设定一个很小的转角和平动偏移阈值，通过数字图像相关DIC计算方法得到的坐标偏移量判断是否超过偏移阈值，以及通过SIFT特征点提取计算方法得到的图像变换矩阵，通...

【专利技术属性】
技术研发人员：王日东，黄星植，丛家梁，刘功亮，于艳萍，杨彬，王钦伟，
申请(专利权)人：威海晶合数字矿山技术有限公司，
类型：发明
国别省市：