一種輸電鐵塔監測方法與裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種輸電鐵塔監測方法與裝置，包括以下步驟：通過不同時序、不同航軌的衛星雷達獲取同一輸電鐵塔區域的SAR圖像序列，并通過預處理操作得到觀測數據和圖像參數；提取出SAR圖像序列中位于輸電鐵塔上的永久散射點，得到穩定且可以進行重構的候選點；根據觀測數據，采用壓縮采樣匹配追蹤算法重構出永久散射點對應輸電鐵塔位置的高程信息和形變速率信息。利用本發明專利技術的輸電鐵塔監測方法及裝置，可以從SAR圖像序列中監測出輸電鐵塔，并有效地抑制環境噪聲，提取出輸電鐵塔的高程信息及形變速率信息。

A Method and Device for Monitoring Transmission Tower

The invention discloses a transmission tower monitoring method and device, which comprises the following steps: acquiring SAR image sequence of the same transmission tower area by satellite radar of different time sequence and different orbit, and obtaining observation data and image parameters through pre-processing operation; extracting permanent scattering points on the transmission tower in the SAR image sequence, and obtaining stable and reconstructing time. According to the observed data, the elevation information and deformation rate information of the permanent scattering point corresponding to the location of transmission tower are reconstructed by compression sampling matching pursuit algorithm. By using the transmission tower monitoring method and device of the invention, the transmission tower can be monitored from SAR image sequence, and the environmental noise can be effectively suppressed, and the elevation information and deformation rate information of the transmission tower can be extracted.

【技術實現步驟摘要】
一種輸電鐵塔監測方法與裝置
本專利技術涉及電力監測管理
，具體涉及一種輸電鐵塔監測方法與裝置。
技術介紹
傳統的合成孔徑雷達主要通過發射微波信號并接收地面的反射信號，獲取目標方位向-距離向的信息，其獲取的圖像的本質是三維目標在二維平面上的投影。由于一些處于不同位置的目標與雷達的距離相等，最終會導致獲取的信號為多個散射點的疊加，造成高程及形變速率的丟失。SAR差分層析技術增加了高度向和形變速率向的合成孔徑，通過采集同一區域的多時序和多航過的衛星雷達圖像，實現對目標的四維重構，最終提取目標的高程及形變速率。但是由于高壓輸電鐵塔的特殊構造及其所在的復雜地形，觀測圖像中有比較強的環境噪聲，大大增加了成像難度，且容易造成虛假成像，影響了成像質量。因此，為了能夠準確地提取高壓輸電鐵塔的高度和形變，需要建立有效的算法，減小誤差，使提取結果滿足應用需求。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是：由于高壓輸電鐵塔的特殊構造及其所在的復雜地形，觀測圖像中有比較強的環境噪聲，大大增加了成像難度，且容易造成虛假成像，影響了成像質量，本專利技術提供了解決上述問題的一種輸電鐵塔監測方法與裝置。本專利技術通過下述技術方案實現：一種輸電鐵塔監測方法與裝置，包括以下步驟：步驟A，通過不同時序、不同航軌的衛星雷達獲取同一輸電鐵塔區域的SAR圖像序列，并通過預處理操作得到觀測數據和圖像參數；步驟B，提取出所述SAR圖像序列中位于輸電鐵塔上的永久散射點，得到穩定且可以進行重構的候選點；步驟C，根據所述步驟A獲得的觀測數據，采用壓縮采樣匹配追蹤算法重構出永久散射點對應輸電鐵塔位置的高程信息和形變速率信息。進一步地，所述步驟A中，通過預處理獲得一組觀測數據[S1,S2,L,Sm]，其中Sm表示第m幅圖像。進一步地，所述圖像參數包括Sm和Sm-1觀測之間的垂直基線bm和時間基線tm，入射角大小θ，中心斜距長度r，波長λ，觀測次數m，方位向分辨率和距離向分辨率。進一步地，所述步驟A中，所述預處理操作是對原始SAR圖像進行圖像配準、去斜和相位補償處理。由于SAR圖像觀測過程中，受到衛星雷達平臺軌道設計的制約，每次觀測的衛星雷達很難保持在同一個平面內進行觀測，因此需要進行去斜處理，將衛星雷達觀測位置投影到同一平面內，并建立觀測數據和重構信息的內在聯系；同時，對觀測數據進行相位補償已消除實際觀測中大氣擾動引起的相位誤差，得到預處理后的觀測數據。進一步地，所述步驟B中，采用振幅閾值法篩選SAR圖像序列中位于輸電鐵塔上的永久散射點：根據SAR圖像的振幅信息設定閾值，選取振幅信息大于閾值的分辨單元作為永久散射點的候選點。一些人造的點狀建筑物，如高樓、電線桿等，在長時間、空間基線情況下，仍能保持較高的相干性，則稱這些目標為永久散射體。由于輸電鐵塔的構造及環境噪聲影響，造成觀測到的SAR圖像中并不是所有的分辨單元都能進行差分層析重構，因此可以通過進行永久散射點篩選，抑制環境噪聲的影響。在實施例中，采用振幅閾值法對輸電鐵塔區域SAR圖像設定篩選閾值T減少SAR圖像數量的影響。進一步地，所述振幅閾值法中閾值T的選取公式如式(1)所示：式(1)中，為第k幅SAR圖像中(i,j)分辨單元的振幅，row為SAR圖像行大小，col為SAR圖像列大小。進一步地，所述T的取值區間為[T，1.5T]。進一步地，所述步驟C中，具體步驟包括：步驟C1，選取輸電鐵塔上的永久散射點對應的觀測數據為：式(2)中，Sm表示第m幅圖像，λ為波長，r為中心斜距長度，bm和tm為m和m-1次觀測時垂直基線和時間基線，γ(s,ν)為永久散射點沿高程向和形變速率向的分布函數，s和ν分別表示高程向和形變速率向；步驟C2，將所述步驟A中的觀測數據Sm進行離散表示，如式(3)所示：式(3)中P、O分別為高程向和形變速率向上的采樣點數量；步驟C3，將上述離散表達式(3)用矩陣表示，如式(4)所示：y＝Φγ+e(4)，式中，y＝Sm為m次觀測數據，y＝[y1,y2,L,ym]T；為維觀測矩陣，其中q＝p*o，表示Kronecke積；γ＝[γ(s1,v1),L,γ(s1,vo),L,γ(sp,v1),L,γ(sp,vo)]T(7)，e＝[e1,e2,L,em]T(8)，其中式(7)為需要重構的q×1維分布函數，式(8)為高斯白噪聲；步驟C4，對y進行壓縮采樣匹配追蹤處理可重構出γ值，其中就包含了高程及形變速率信息。由壓縮感知定理可知，如果某個信號是稀疏的或者是可壓縮的，那么就可以對該信號進行重構。根據SAR成像原理，衛星雷達獲取的觀測數據是稀疏的，因此可以采用壓縮感知算法進行重構。壓縮采樣匹配追蹤算法是一種在匹配追蹤算法上的改進算法，每次迭代選擇多個原子，并每次迭代選擇的原子在下次迭代中可能被拋棄，降低了原子選取的難度，提高了準確性。進一步地，所述步驟C3中，具體操作方法包括以下步驟：步驟C401，初始化參數：設置初始余量r0＝y，索引集合候選集迭代次數t＝1；其中，s表示迭代停止標志，表示空集；步驟C402，對測量矩陣u中的原子進行篩選：計算u＝abs[ΦTrt-1]，即＜rt-1φj＞1≤j≤m；選取u中2n個最大值對應Φ的列索引構成集合J0并用于后面的迭代篩選；步驟C403，令Λt＝Λt-1∪J0，Φt＝Φt-1∪φj(j∈J0)；步驟C404，求y＝Atγt的最小二乘解：步驟C405，從中選取絕對值最大的n項記為對應的Φt的n項記為Φtn，對應的Φ列索引記為Λtn，更新集合Λt＝Λtn；步驟C406，更新殘差：步驟C407，判斷迭代停止條件：設置迭代的次數為s，當t≤s時，則返回步驟C402；當t＞s或者rt＝0時，則停止迭代；步驟C407，輸出重構后的高程信息h和形變速率信息ε。一種用于輸電鐵塔監測的裝置，包括預處理模塊、永久散射點提取模塊和重構模塊；所述預處理模塊用于提取SAR圖像序列中的圖像參數、并進行預處理獲得觀測數據；所述永久散射點提取模塊用于根據SAR圖像中的振幅信息篩選永久散射點；所述重構模塊用于根據觀測數據重構出永久散射點對應輸電鐵塔位置的高程信息和形變速率信息。本專利技術具有如下的優點和有益效果：本專利技術的監測方法是通過多時段、多航軌的星載衛星雷達獲取原始SAR圖像序列，并對其進行預處理，得到圖像參數和用于重構的觀測數據；根據SAR圖像的振幅信息設定閾值并篩選出永久散射點；并根據觀測數據的稀疏性重構出輸電鐵塔的高程信息及形變速率信息。利用本專利技術的輸電鐵塔監測方法與裝置有效地抑制了環境噪聲的影響，篩選出合適的永久散射點，并提高了SAR圖像數量較少情況下的成像質量；綜上所述，與現有技術相比本專利技術通過永久散射點的篩選，有效地抑制環境噪聲，提高了差分層析重構點的選取質量，并通過重構實現對輸電鐵塔的信息提取，減少了虛假成像，提高了成像質量。附圖說明此處所說明的附圖用來提供對本專利技術實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本專利技術實施例的限定。在附圖中：圖1為本專利技術實施例中永久散射點選取流程圖；圖2是本專利技術實施例中重構算法流程圖；圖3是本專利技術實施例中示例輸電鐵塔的原始SAR圖像；圖4(a))是本專利技術實施例中的永久散射點分布圖，閾值為T；圖4(b)是本專利技術實施例中的永久散射點分布圖，閾值為1.5T本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種輸電鐵塔監測方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟A，通過不同時序、不同航軌的衛星雷達獲取同一輸電鐵塔區域的SAR圖像序列，并通過預處理操作得到觀測數據和圖像參數；步驟B，提取出所述SAR圖像序列中位于輸電鐵塔上的永久散射點，得到穩定且可以進行重構的候選點；步驟C，根據所述步驟A獲得的觀測數據，采用壓縮采樣匹配追蹤算法重構出永久散射點對應輸電鐵塔位置的高程信息和形變速率信息。

【技術特征摘要】
1.一種輸電鐵塔監測方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟A，通過不同時序、不同航軌的衛星雷達獲取同一輸電鐵塔區域的SAR圖像序列，并通過預處理操作得到觀測數據和圖像參數；步驟B，提取出所述SAR圖像序列中位于輸電鐵塔上的永久散射點，得到穩定且可以進行重構的候選點；步驟C，根據所述步驟A獲得的觀測數據，采用壓縮采樣匹配追蹤算法重構出永久散射點對應輸電鐵塔位置的高程信息和形變速率信息。2.根據權利要求1所述的一種輸電鐵塔監測方法，其特征在于，所述步驟A中，通過預處理獲得一組觀測數據[S1,S2,L,Sm]，其中Sm表示第m幅圖像。3.根據權利要求1所述的一種輸電鐵塔監測方法，其特征在于，所述圖像參數包括Sm和Sm-1觀測之間的垂直基線bm和時間基線tm，入射角大小θ，中心斜距長度r，波長λ，觀測次數m，方位向分辨率和距離向分辨率。4.根據權利要求1所述的一種輸電鐵塔監測方法，其特征在于，所述步驟A中，所述預處理操作是對原始SAR圖像進行圖像配準、去斜和相位補償處理。5.根據權利要求1所述的一種輸電鐵塔監測方法，其特征在于，所述步驟B中，采用振幅閾值法篩選SAR圖像序列中位于輸電鐵塔上的永久散射點：根據SAR圖像的振幅信息設定閾值，選取振幅信息大于閾值的分辨單元作為永久散射點的候選點。6.根據權利要求5所述的一種輸電鐵塔監測方法，其特征在于，所述振幅閾值法中閾值T的選取公式如式(1)所示：式(1)中，為第k幅SAR圖像中(i,j)分辨單元的振幅，row為SAR圖像行大小，col為SAR圖像列大小。7.根據權利要求6所述的一種輸電鐵塔監測方法，其特征在于，所述T的取值區間為[T，1.5T]。8.根據權利要求2所述的一種輸電鐵塔監測方法，其特征在于，所述步驟C中，具體步驟包括：步驟C1，選取輸電鐵塔上的永久散射點對應的觀測數據為：式(2)中，Sm表示第m幅圖像，λ為波長，r為中心斜距長度，bm和tm為m和m-1次觀測時垂直基線和時間基線，γ(s,ν)為永久散射點沿高程向和形變速率向的分布函數，s和ν分別表示高程向和形變速率向；步驟C...

【專利技術屬性】
技術研發人員：羅輝，鄧創，盧陶，聶鵬，
申請(專利權)人：國網四川省電力公司電力應急中心，
類型：發明
國別省市：四川,51