本發明專利技術是一種依據沉降速率的不同時序差分干涉地面沉降測量融合方法，旨在解決應對同一測區內部不同地面沉降速率區的測量精度與效率要求，實現依據地面沉降速率自動選擇相適應的時序差分干涉測量方法。首先采用PS?InSAR方法解算，然后以PS?InSAR監測成果中柵格數據的經緯度坐標與柵格點上的沉降速率為樣本，采用ISODATA聚類算法找到地面沉降速率大的區域分界線，在區域內最大沉降點的沉降速率超過規定閾值時，在原有SAR圖像數據采用PS?InSAR方法基礎上，在區域分界線內對后續部分原有圖像數據和新增圖像數據采用小基線SBAS?InSAR方法，然后與原沉降測量值進行加權平均。最終將區域分界線內外的沉降監測成果合并在一起，得到依據沉降速率的地面沉降測量融合監測成果。
【技術實現步驟摘要】
依據沉降速率的不同時序差分干涉地面沉降測量融合方法
本專利技術涉及融合PS-InSAR與SBAS-InSAR兩種監測方法，旨在解決應對同一測區內部不同地面沉降速率區的測量精度與效率要求，實現依據地面沉降速率自動選擇相適應的時序差分干涉測量方法，屬于地面沉降監測領域。
技術介紹
目前，地面沉降的監測方法主要有精密水準測量、基巖標-分層標測量、GPS測量和合成孔徑雷達差分干涉測量(InSAR)。其中，精密水準測量通過布設分級水準網，經平差計算和空間內插來獲得地表形變信息，該方法獲得的地面沉降信息具有很高的精度和可靠性，但由于其復測周期長，人力物力消耗巨大，且無法滿足對地面沉降實時動態監測的要求，獲取的監測信息不連續等缺陷，限制了該方法的廣泛應用。但就現有地面沉降監測技術來看，精密水準測量以其高精度的優勢仍是其他監測技術無法比擬的，常用于新型地面沉降監測技術精度的驗證。基巖標-分層標監測方法能夠高精度獲取垂向分層地面沉降形變信息，其精度達到0.01～0.1mm。但由于操作復雜，施工工藝較高，費用昂貴等，限制了該方法在區域地面沉降監測中的廣泛應用，目前常用于地面沉降機理研究方面。GPS測量技術隨著儀器和解纏算法的持續改進，在地面沉降監測中發揮了重要作用。GPS測量具有周期短、定位精度高、布網迅速、全天侯等優點，在水平形變監測方面具有較高的精度，但在垂直形變監測方面由于受到大氣延遲、布網形式、施測方法和解纏算法的限制，其垂直形變監測精度仍是其難以避免的缺陷。而且，GPS測量所獲取的是點狀分布的地面監測點形變信息，在信號不好或障礙物遮擋的地區，難以獲得監測點的高程值，限制了該方法的使用。合成孔徑雷達差分干涉測量技術是近二十年發展起來的新型空間對地觀測技術，其特點是實時快速、大尺度、高精度，其垂直形變監測精度可達到mm級。但在水平形變監測方面其探測能力有限，對水平形變不敏感。并且在相位解纏方面受大氣延遲和時空失相關影響較為嚴重，因此在解算時需消除這些誤差的影響。永久散射體(PS-InSAR)和小基線集時序分析技術(SBAS-InSAR)相比，PS-InSAR可以不考慮時間和空間基線的限制，僅僅跟蹤成像區域內雷達散射特性較為穩定的目標而放棄那些失相關嚴重的分辨單元，需要數據量大(至少需要20期影像以上)，對點密度要求高，監測精度較高，適用在城市沉降監測，雷達散射特性穩定，可靠點密度高。SBAS-InSAR利用短基線集技術將像對組合成若干個小的差分干涉集合，利用最小二乘法求得每個小集合的地表變形時間序列，需要數據量較少(至少需要12期影像以上)，時間采樣率高，能夠有效地減弱時空失相干的影響，從而使得到的監測成果在時間和空間上更為連續，監測精度不及PS-InSAR，但可以獲得更多的監測點信息，適合于城市以外的野外地面沉降。同一測區內部不同地面沉降速率區的測量精度與效率要求是不同的，以及不同時序差分干涉測量方法的數據需求量對其監測精度的差異影像也是不同的。一般而言，PS-InSAR方法解算監測精度高，但是數據需求量大，一旦數據量不足精度下降很快；SBAS-InSAR方法解算監測精度不如PS-InSAR，但是小數據量時解算監測精度與效率反而高。所以無論是采用PS-InSAR或是采用SBAS-InSAR，單一解算方法對于區域內地面沉降速率差異性較大時都會帶來一定區域范圍內的方法缺陷與誤差。故融合PS-InSAR與SBAS-InSAR實現依據地面沉降速率自動選擇相適應的時序差分干涉測量方法具有非常重要的工程意義。
技術實現思路
技術問題：本專利技術的目的是提供一種依據沉降速率的不同時序差分干涉地面沉降測量融合方法，將傳統的PS-InSAR低頻次處理與SBAS技術高頻次處理結合起來，利用SBAS處理的小數據量處理，旨在解決應對同一測區內部不同地面沉降速率區的測量精度與效率要求，實現依據地面沉降速率自動選擇相適應的時序差分干涉測量方法，提高了地面沉降大區域的監測精度與效率。技術方案:本專利技術的一種依據沉降速率的不同時序差分干涉地面沉降測量融合方法包括以下步驟：步驟1：獲得N幅合成孔徑雷達SAR圖像數據，構成SAR圖像數據集合，所述N大于等于20；所述圖像數據為合成孔徑雷達對同一個地表觀測場景進行成像并完成了圖像配準的數據；步驟2：對步驟1獲得的SAR圖像數據集合進行永久散射體合成孔徑雷達干涉測量PS-InSAR處理，計算出整個區域的地面沉降監測結果，獲得滿足相干性閾值C為篩分條件的永久散射PS點；步驟3：以PS-InSAR監測成果中PS點經緯度坐標與PS點沉降速率為樣本，采用迭代自組織數據分析算法的聚類方法，依據PS點沉降速率將PS點空間坐標的劃分為各個沉降區范圍；步驟4：求各個沉降區域內離散點的最小幾何邊界，建立不規則三角網格并以三角網格表面最大邊長D為約束條件對最小幾何邊界進行修正，修正后的最小幾何邊界即為各個沉降區的分界線L；步驟5：計算出各個沉降區的分界線L范圍內PS點的最大綜合相干系數Pl；步驟6：以步驟3中各個沉降區的聚類中心點為區域內最大沉降點，判別其沉降速率是否超過目標閾值，從而確定該沉降區是否是沉降加速區；步驟7：在步驟1之后獲得后續部分SAR圖像數據集合進行小基線集合成孔徑雷達干涉測量SBAS-InSAR處理，計算出沉降加速區分界線L范圍內地面沉降結果，并計算出沉降加速區分界線L范圍內的SBAS-InSAR處理中平均綜合相干系數P2；步驟8：若獲得新的SAR圖像數據，并對新獲取的SAR圖像數據進行篩選，若滿足篩選條件，則將新獲取的SAR圖像數據加入步驟1中的SAR圖像數據集合，更新SAR圖像數據為M；步驟9：將配準結果符合相干性閾值C的新SAR圖像數據與后續部分SAR圖像數據集合進行合并，繼續采用SBAS-InSAR方法重新計算出沉降加速區分界線L范圍內地面沉降結果，并重新計算出沉降加速區分界線L的SBAS-InSAR處理中平均綜合相干系數P2；步驟10：將沉降加速區分界線L范圍內永久散射體合成孔徑雷達干涉測量PS-InSAR地面沉降監測結果與SBAS-InSAR地面沉降監測結果，按照加權平均方法進行合并，獲得沉降加速區分界線L范圍內地面沉降監測結果；步驟11：重復執行步驟8～步驟10，直至無新獲取的SAR圖像數據為止；步驟12：將加權平均后沉降加速區分界線L范圍內地面沉降監測結果轉換為矢量數據，替換原有沉降加速區分界線L范圍內的PS-InSAR處理的結果數據，獲得最終整個研究區域的地面沉降監測結果。其中：所述步驟2與步驟8中相干性閾值C≥0.9。步驟4中所述最大邊長D根據檢測點離散型程度取4000～5000m。所述步驟8中的N1>N*0.6。所述步驟8中的具體篩選條件如下：新獲取的SAR圖像與步驟1中的SAR圖像數據集合都為同一地表觀測場景的數據，并且新獲取的SAR圖像與步驟1中的SAR圖像數據集合中每一幅SAR圖像數據的進行配準，若求得的N個相干性系數本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種依據沉降速率的不同時序差分干涉地面沉降測量融合方法，其特征在于該方法包括以下步驟：/n步驟1：獲得N幅合成孔徑雷達SAR圖像數據，構成SAR圖像數據集合，所述N大于等于20；所述圖像數據為合成孔徑雷達對同一個地表觀測場景進行成像并完成了圖像配準的數據；/n步驟2：對步驟1獲得的SAR圖像數據集合進行永久散射體合成孔徑雷達干涉測量PS-InSAR處理，計算出整個區域的地面沉降監測結果，獲得滿足相干性閾值C為篩分條件的永久散射PS點；/n步驟3：以PS-InSAR監測成果中PS點經緯度坐標與PS點沉降速率為樣本，采用迭代自組織數據分析算法的聚類方法，依據PS點沉降速率將PS點空間坐標的劃分為各個沉降區范圍；/n步驟4：求各個沉降區域內離散點的最小幾何邊界，建立不規則三角網格并以三角網格表面最大邊長D為約束條件對最小幾何邊界進行修正，修正后的最小幾何邊界即為各個沉降區的分界線L；/n步驟5：計算出各個沉降區的分界線L范圍內PS點的最大綜合相干系數P
【技術特征摘要】
1.一種依據沉降速率的不同時序差分干涉地面沉降測量融合方法，其特征在于該方法包括以下步驟：
步驟1：獲得N幅合成孔徑雷達SAR圖像數據，構成SAR圖像數據集合，所述N大于等于20；所述圖像數據為合成孔徑雷達對同一個地表觀測場景進行成像并完成了圖像配準的數據；
步驟2：對步驟1獲得的SAR圖像數據集合進行永久散射體合成孔徑雷達干涉測量PS-InSAR處理，計算出整個區域的地面沉降監測結果，獲得滿足相干性閾值C為篩分條件的永久散射PS點；
步驟3：以PS-InSAR監測成果中PS點經緯度坐標與PS點沉降速率為樣本，采用迭代自組織數據分析算法的聚類方法，依據PS點沉降速率將PS點空間坐標的劃分為各個沉降區范圍；
步驟4：求各個沉降區域內離散點的最小幾何邊界，建立不規則三角網格并以三角網格表面最大邊長D為約束條件對最小幾何邊界進行修正，修正后的最小幾何邊界即為各個沉降區的分界線L；
步驟5：計算出各個沉降區的分界線L范圍內PS點的最大綜合相干系數Pl；
步驟6：以步驟3中各個沉降區的聚類中心點為區域內最大沉降點，判別其沉降速率是否超過目標閾值，從而確定該沉降區是否是沉降加速區；
步驟7：在步驟1之后獲得后續部分SAR圖像數據集合進行小基線集合成孔徑雷達干涉測量SBAS-InSAR處理，計算出沉降加速區分界線L范圍內地面沉降結果，并計算出沉降加速區分界線L范圍內的SBAS-InSAR處理中平均綜合相干系數P2；
步驟8：若獲得新的SAR圖像數據，并對新獲取的SAR圖像數據進行篩選，若滿足篩選條件，則將新獲取的SAR圖像數據加入步驟1中的SAR圖像數據集合，更新SAR圖像數據為M；
步驟9：將配準結果符合相干性閾值C的新SAR圖像數據與后續部分SAR圖像數據集合進行合并，繼續采用SBAS-InSAR方法重新計算出沉降加速區分界線L范圍內地面沉降結果，并重新計算出沉降加速區分界線L的SBAS-InSAR處理中平均綜合相干系數P2；
步驟10...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王其合，張鵬，夏錦，劉曉波，陳曦林，
申請(專利權)人：中鐵上海設計院集團有限公司，南京智慧巖土工程技術研究院有限公司，南京工業大學，
類型：發明
國別省市：上海;31
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