【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)、土石壩、變形監(jiān)測(cè)等，尤其涉及一種基于北斗和insar技術(shù)的土石壩變形監(jiān)測(cè)方法。
技術(shù)介紹
1、土石壩泛指用土、砂、砂礫石、卵石、塊石、風(fēng)化巖等當(dāng)?shù)夭牧咸钪傻膲?。?dāng)壩體材料以土和沙礫為主時(shí)，稱為土壩；以石渣、卵石、爆破石料為主時(shí)，稱堆石壩；當(dāng)兩類(lèi)當(dāng)?shù)夭牧暇枷喈?dāng)比例時(shí)，稱土石混合壩，變形監(jiān)測(cè)是使用儀器設(shè)備對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的變化狀況進(jìn)行測(cè)定以獲取監(jiān)測(cè)對(duì)象的空間位置及形狀隨時(shí)間變化的特征，并分析變化發(fā)生的規(guī)律和原因。變形監(jiān)測(cè)具有以下特點(diǎn)：(1)重復(fù)觀測(cè)；(2)成果時(shí)態(tài)性強(qiáng)；(3)精度要求高；(4)多手段綜合觀測(cè)；(5)數(shù)據(jù)處理要求嚴(yán)格。
2、insar變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為表面變形在雷達(dá)衛(wèi)星視線方向的投影。由于不同表面變形特征不一致的影響，不同面狀區(qū)域的臨界處干涉條紋空間特征會(huì)出現(xiàn)較大變化。對(duì)于該區(qū)域干涉相位，進(jìn)行insar濾波去噪處理時(shí)，會(huì)導(dǎo)致臨界處像素點(diǎn)干涉相位細(xì)節(jié)的丟失，降低insar結(jié)果的分辨率及精度，常用的變形測(cè)量方法包括全站儀觀測(cè)法、水準(zhǔn)沉降觀測(cè)法等。上述測(cè)量方法通常需要現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置測(cè)量標(biāo)志，定期人工現(xiàn)場(chǎng)操作，需要耗費(fèi)大量的人力物力。
3、隨著衛(wèi)星觀測(cè)技術(shù)進(jìn)步，北斗/gnss監(jiān)測(cè)技術(shù)和insar技術(shù)已逐步成熟至城市建筑物(橋梁、高層建筑物、輸電鐵塔等)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。北斗/gnss技術(shù)具有連續(xù)測(cè)量、實(shí)時(shí)、高精度、全天候測(cè)量和自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，insar技術(shù)則具有大范圍、高精度、全天時(shí)全天候測(cè)量的優(yōu)勢(shì)。
4、北斗/gnss技術(shù)和insar技術(shù)已逐步應(yīng)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，而提出的一種基于北斗和insar技術(shù)的土石壩變形監(jiān)測(cè)方法。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用了如下技術(shù)方案：
3、一種基于北斗和insar技術(shù)的土石壩變形監(jiān)測(cè)方法，包括壩體、北斗衛(wèi)星遙感系統(tǒng)與insar數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述北斗衛(wèi)星遙感系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有圖像采集系統(tǒng)，所述壩體包括壩頂、背水面以及迎水面，所述壩體的壩頂、背水面以及迎水面均設(shè)有檢測(cè)點(diǎn)，所述壩頂檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)位置、位移變動(dòng)參數(shù)，所述壩體迎水面、壩體背水面檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)位置、形狀變動(dòng)參數(shù)，所述insar數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有地形誤差消除系統(tǒng)、濾波系統(tǒng)、變形量校準(zhǔn)系統(tǒng)、隱患預(yù)警系統(tǒng)。
4、優(yōu)選地，所述地形誤差消除系統(tǒng)包括：在insar干涉圖中，通常的相位誤差包括相位噪聲誤差(主要由失相干引起)、地形誤差、大氣誤差，產(chǎn)生地形誤差的主要原因有dem精度不夠、分辨率較低、匹配不準(zhǔn)確，對(duì)于dem數(shù)據(jù)的精度和分辨率較低問(wèn)題，可采用無(wú)人機(jī)或激光雷達(dá)獲取的高分辨率dem數(shù)據(jù)進(jìn)行干涉圖地形的計(jì)算；
5、由于受到衛(wèi)星軌道定位誤差、電磁波干擾因素影響，在將外部dem數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至sar影像坐標(biāo)系過(guò)程中，會(huì)存在若干個(gè)像素級(jí)的匹配誤差，對(duì)于該匹配誤差，采用迭代法實(shí)現(xiàn)dem數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)匹配，具體如下所示：
6、s1、根據(jù)sar衛(wèi)星成像參數(shù)及衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)，可建立dem數(shù)據(jù)投影至sar影像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系式：
7、(u，v)＝g(x，y，z)
8、其中(x，y，z)為dem數(shù)據(jù)的空間坐標(biāo)，(u，v)為其投影至sar影像的坐標(biāo)，u代表方位向坐標(biāo)，v代表距離向坐標(biāo)；
9、s2、利用轉(zhuǎn)換后的dem數(shù)據(jù)及基線數(shù)據(jù)，可計(jì)算獲得地形相位信息，將其從干涉圖中去除，以獲得差分干涉圖，對(duì)獲取的差分干涉相位，采用下述公式進(jìn)行計(jì)算空間相干系數(shù)值，以評(píng)估壩體區(qū)域的地形相位誤差及dem匹配效果情況，由于一般壩體區(qū)域范圍較小，大氣相位變化較小，為減小相位噪聲對(duì)相干系數(shù)值計(jì)算的影響，對(duì)差分干涉圖首先進(jìn)行空間濾波處理，以獲取濾波后的干涉相位在剩余的相位誤差中，地形誤差占主導(dǎo)因素；
10、
11、式中，ρ為計(jì)算的相干系數(shù)值，壩體區(qū)域像素點(diǎn)數(shù)量為n。干涉相位為復(fù)數(shù)值，|?|為計(jì)算其絕對(duì)值；
12、s3、通過(guò)對(duì)dem數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代空間平移處理，計(jì)算不同平移值對(duì)應(yīng)的相干系數(shù)值，dem數(shù)據(jù)匹配精度越高，獲取的差分干涉圖中地形相位誤差越小，則空間相干系數(shù)越大，對(duì)dem數(shù)據(jù)進(jìn)行空間平移變換的步長(zhǎng)可取dem分辨率的1/10～1/2，平移范圍可取sar影像分辨率的10～15倍，最終獲取的外部數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換多項(xiàng)式可表示為：
13、(u，v)＝g(x+δx，y+δy，z)
14、式中δx、δy為獲取的空間相干系數(shù)最大值對(duì)應(yīng)的平移值。通過(guò)上述迭代運(yùn)算，可實(shí)現(xiàn)dem數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)干涉圖中地形相位誤差的去除。
15、優(yōu)選地，所述濾波系統(tǒng)包括：壩體不同區(qū)域的邊界數(shù)據(jù)，利用最終獲取的外部數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換多項(xiàng)式，準(zhǔn)確投影至sar影像坐標(biāo)系。利用邊界數(shù)據(jù)對(duì)insar干涉圖進(jìn)行分區(qū)域提取，并采用insar濾波技術(shù)對(duì)壩體不同區(qū)域進(jìn)行相位濾波，常用的insar濾波方法包括空間均值濾波、lee濾波、goldstein濾波、干涉圖同質(zhì)濾波等，該技術(shù)提升邊界處像素點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果的分辨率和精度，避免空間濾波造成細(xì)節(jié)的丟失。
16、優(yōu)選地，所述變形量校準(zhǔn)系統(tǒng)包括：
17、具體流程包括：
18、s1、周邊insar測(cè)點(diǎn)選?。?/p>
19、為避免周邊某區(qū)域監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)誤差較大的影響，采用分區(qū)域選點(diǎn)的方法，分別選取a、b、c三個(gè)方向滿足空間距離要求的測(cè)點(diǎn)作為周邊insar測(cè)點(diǎn)集合，通常的空間距離要求為小于200米，將距離最近的insar測(cè)點(diǎn)作為對(duì)比候選點(diǎn)。圖中a1、b1、c1即為對(duì)比候選點(diǎn)；
20、s2、周邊insar測(cè)點(diǎn)解纏誤差檢驗(yàn)：
21、由于受相位噪聲、變形梯度較大等因素的干擾，在insar相位解纏過(guò)程中，易出現(xiàn)相位解纏誤差，導(dǎo)致獲取的變形觀測(cè)值錯(cuò)誤，為避免相位解纏誤差對(duì)校正的影響，對(duì)選取的周邊insar監(jiān)測(cè)進(jìn)行解纏誤差檢驗(yàn)，考慮到差分干涉相位中的地形誤差已消除，且選取的周邊測(cè)點(diǎn)相對(duì)距離較近，要求選取的任一對(duì)比候選點(diǎn)與其他兩個(gè)對(duì)比候選點(diǎn)點(diǎn)之間的相位差均小于π/4，若不滿足該條件，則將該測(cè)點(diǎn)從周邊insar測(cè)點(diǎn)集合中提出，并在該方向區(qū)域內(nèi)重新選取對(duì)比候選點(diǎn)，以a1點(diǎn)為例，對(duì)該點(diǎn)的檢驗(yàn)公式為：
22、ψa1-ψb1＜π/4
23、ψa1-ψc1＜π/4
24、若北斗監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近無(wú)法獲取到滿足上述要求的對(duì)比候選點(diǎn)，則該北斗監(jiān)測(cè)點(diǎn)不用于后續(xù)的insar監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)校正數(shù)計(jì)算；
25、s3、insar監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)校正：
26、利用對(duì)比候選點(diǎn)的變形數(shù)據(jù)，通過(guò)插值方法計(jì)算其在北斗監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置處的變形量，并將其與同時(shí)間段的北斗觀測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算得到北斗監(jiān)測(cè)站處北斗和insar觀測(cè)量的變形量差值，常用的插值算法有最近鄰點(diǎn)插值法、反距離加本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于北斗和InSAR技術(shù)的土石壩變形監(jiān)測(cè)方法，包括壩體、北斗衛(wèi)星系統(tǒng)與InSAR數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于，所述北斗衛(wèi)星系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有圖像采集系統(tǒng)，所述壩體包括壩頂、背水面以及迎水面，所述壩體的壩頂、背水面以及迎水面均設(shè)有檢測(cè)點(diǎn)，所述壩頂檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)位置、位移變動(dòng)參數(shù)，所述壩體迎水面、壩體背水面檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)位置、形狀變動(dòng)參數(shù)，所述InSAR數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有地形誤差消除系統(tǒng)、濾波系統(tǒng)、變形量校準(zhǔn)系統(tǒng)、隱患預(yù)警系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于北斗和InSAR技術(shù)的土石壩變形監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述地形誤差消除系統(tǒng)包括：在InSAR干涉圖中，通常的相位誤差包括相位噪聲誤差(主要由失相干引起)、地形誤差、大氣誤差，產(chǎn)生地形誤差的主要原因有DEM精度不夠、分辨率較低、匹配不準(zhǔn)確，對(duì)于DEM數(shù)據(jù)的精度和分辨率較低問(wèn)題，可采用無(wú)人機(jī)或激光雷達(dá)獲取的高分辨率DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行干涉圖地形的計(jì)算；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于北斗和InSAR技術(shù)的土石壩變形監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述濾波系統(tǒng)包括：壩體不同區(qū)域的邊界數(shù)據(jù)，利用最終獲取的外部數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換多項(xiàng)式，準(zhǔn)確投影至S
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于北斗和InSAR技術(shù)的土石壩變形監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述變形量校準(zhǔn)系統(tǒng)包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于北斗和InSAR技術(shù)的土石壩變形監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述隱患預(yù)警系統(tǒng)包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于北斗和insar技術(shù)的土石壩變形監(jiān)測(cè)方法，包括壩體、北斗衛(wèi)星系統(tǒng)與insar數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于，所述北斗衛(wèi)星系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有圖像采集系統(tǒng)，所述壩體包括壩頂、背水面以及迎水面，所述壩體的壩頂、背水面以及迎水面均設(shè)有檢測(cè)點(diǎn)，所述壩頂檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)位置、位移變動(dòng)參數(shù)，所述壩體迎水面、壩體背水面檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)位置、形狀變動(dòng)參數(shù)，所述insar數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有地形誤差消除系統(tǒng)、濾波系統(tǒng)、變形量校準(zhǔn)系統(tǒng)、隱患預(yù)警系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于北斗和insar技術(shù)的土石壩變形監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述地形誤差消除系統(tǒng)包括：在insar干涉圖中，通常的相位誤差包括相位噪聲誤差(主要由失相干引起)、地形誤差、大氣誤差，產(chǎn)生地形誤差的主要原因有dem精度不夠、分辨率較低、匹配不準(zhǔn)確，對(duì)于dem數(shù)據(jù)的精度和分辨率較低問(wèn)題，可采用無(wú)人機(jī)或激光雷達(dá)獲...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙春，蘇航，李永興，賈金生，李曉偉，鐘朝現(xiàn)，陳弘昊，李金鍵，李毅，龔春龍，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司運(yùn)行分公司，
類(lèi)型：發(fā)明
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