一种基于时序InSAR技术的地铁沿线地表二维形变场监测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于时序InSAR技术的地铁沿线地表二维形变场的监测方法，所述方法包括：获取覆盖监测范围的SAR影像数据；影像配对连接网优化；影像配准与相干性计算；生成差分干涉图；影像滤波和相位解缠；GCP点的选取；剔除大气相位误差；提取卫星视线方向形变场；联合不同轨道的监测结果解算地表真实二维形变场；基于地铁网缓冲区提取地铁沿线区域形变结果，针对InSAR技术往往只能监测到卫星视线方向地表形变的情况，利用覆盖同一区域的不同卫星、不同轨道的SAR影像开展了基于时序雷达干涉测量技术的城市地表形变监测，使用地铁网生成缓冲区，准确提取出地铁沿线区域的形变，为城市地表形变监测、地质灾害的预警提供数据和理论支撑。理论支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种基于时序InSAR技术的地铁沿线地表二维形变场监测方法


[0001]本专利技术涉及合成孔径雷达干涉测量
，具体为一种基于时序InSAR技术的地铁沿线地表二维形变场监测方法。

技术介绍

[0002]合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR，Interferometric Synthetic Aperture Radar)是基于面域的大范围测量技术，具有空间分辨率高、覆盖范围广、低成本、快速准确以及大尺度连续覆盖能力的优点。其主要原理是使用卫星在不同时期对同一地区SAR监测数据中的相位数据进行差分处理，从而提取出地表形变信息的技术。目前地铁沿线地表形变监测的手段主要依赖水准仪、经纬仪、全站仪、GPS等传统测量手段。但这些方法无一例外都需要到现场布点实施监测，其观测周期长、人力物力财力消耗大、易受到地形和天气等自然条件影响以及针对点测量等缺陷严重限制了地铁沿线地表安全的普查与检测。此外这些方法所监测的对象都是基于点的观测，而不是一次性监测整个区域，即使针对单一地铁线，其监测效率也是较低的。InSAR技术通过微波成像对地表的细微变化进行测量，其在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于时序InSAR技术的地铁沿线地表二维形变场监测方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤一：获取覆盖监测范围的SAR影像数据步骤二：影像配对连接网优化步骤三：影像配准与相干性计算步骤四：生成差分干涉图步骤五：影像滤波和相位解缠步骤六：GCP点的选取步骤七：剔除大气相位误差步骤八：提取卫星视线方向形变场步骤九：联合不同轨道的监测结果解算地表真实二维形变场步骤十：基于地铁网缓冲区提取地铁沿线区域形变结果。2.根据权利要求1所述的一种基于时序InSAR技术的地铁沿线地表二维形变场监测方法，其特征在于：所述步骤一中，以其中一组SAR影像为例，需要选取同一地区获取的N幅影像，用于后续干涉测量，N幅SAR影像影像将以自由组合的形式进行配对，从而构成连接网，但由于影像时间和空间失相干的影像，若任由影像自由配对，则会造成大量无效低相干干涉图的生成，给形变计算结果带来无法估计的误差，因此需要对影像配对的条件加以约束，使影像集构成的连接网达到相干性的最优值，将基线时间阈值设为单个影像间隔的4倍，将基线空间阈值设为整个影像集最长空间基线的45％，能有效的提供整个连接网的相干性，提高影像干涉的成功率，保证形变测量结果的真实可靠，此时，在监测周期内获取研究区域的N景SAR影像，在经过阈值的筛选后，能够得到M个差分干涉图，其关系满足：进一步的，在确定了主从影像和影像之间的干涉序列后，考虑到各SAR图像对由于不同观测几何导致的主副图像间存在的偏移、拉伸变形，为实现后续计算干涉相位过程中主副图像同名点相位相减，需要对每一SAR图像对进行数据配准，该步骤将采用最大频谱法完成，其实现的流程是：从配对影像中基本相同区域分别提取出一个i
×
i窗口，通过共辄相乘得到该组影像的干涉图，对干涉图进行二维快速傅里叶变换，得到干涉数据的频谱图，计算频谱的信噪比，源图像数据块固定，目标图像数据块在方位向或距离向偏移一个象素，重复上述步骤，如此在方位向和距离向上扫描n个像素，我们得到一个(n
‑
1)
×
(n
‑
1)的频谱最大值矩阵，可以找到它的极值，此时影像的最佳偏移量就在极值所在的位置，相干性是评价两幅影像之间的回波相似程度和干涉图相位质量的重要依据，影像之间的相干性很大程度上决定了干涉处理的效果，并且干涉图进行后续的滤波处理时，也需要相关性作为滤波阈值的处理，因此，在进行影像配准后，需要对配对影像进行相干性计算，相干性的值可以通过确定一个滑动窗口，计算窗口内两景SAR影像的互相关来求，其定义式如下:式中，c1和c2SAR影像的复数值，c
2*
是c2的共轭复数，φ
det
是相干性估计窗口中基线误
差、地形起伏和地表形变等多种因素叠加的干涉相位值，通过预设的移动窗口，可以计算每个像元的相干性数值，得到干涉像对的相干性图。3.根据权利要求1所述的一种基于时序InSAR技术的地铁沿线地表二维形变场监测方法，其特征在于：所述步骤四中，对配对影像中的相位图进行差分处理，而差分相位图中包含了影像两次成像是地表的形变相位变化，其具体差分公式如下：δφ
x
＝φ
x
(t
b
)
‑
φ
x
(t
a
)＝φ
flat，x
+φ
ele，x
+φ
disp，x
+φ
atm，x
+φ
noise
其中φ
x
(t
b
)和φ
x
(t
a
)为t
a
和t
b
两个不同时刻雷达影像在测区获取的影像，x表示该值是影像中某一像素的值，δφ
x
为两张影像干涉后得到的相位差。而φ
flat,x
、φ
ele,x
、φ
disp,x
、φ
atm,x
、φ
noise
分别表示平地效应产生的相位、地表高程产生的相位、地表形变产生的相位、大气效应产生的相位以及测量噪声产生的相位，InSAR技术的主要目的是通过提取干涉图中的形变相位反演地表形变值，因此得到配对影像干涉图后，需要剔除和形变无关的相位，从而将形变相位提取出来，具体包括引入外部DEM消除地表高程相位(φ
ele,x
)；通过轨道数据消除平地效应产生的相位(φ
flat,x
)；通过影像Goldstein滤波算法削弱测量噪声对应相位(φ
noise
)的影响。其中Goldstein滤波算法主要利用傅里叶变换将干涉图从空间域转换到频率域，把干涉图分割成重叠的滑动窗口，然后对每个窗口的功率谱进行平滑处理，其滤波公式如下：H(u，v)＝S{|Z(u，v)|}
α
*Z(u，v)式中:a为滤波因子；S为平滑...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚建群，杨书仁，郭东华，于壮强，丁松，李超，马正源，丁力，乔炜，孟庆阳，苏新，
申请(专利权)人：中交基础设施养护集团有限公司，
类型：发明
国别省市：