CN104278603A - 一种高速铁路psi沉降监测信息提取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速铁路PSI沉降监测信息提取方法，通过对高铁过境区域的PSI沉降监测结果进行线上线下分离，采用狄洛尼不规则三角网技术分别构建高铁结构体与地表区域的沉降曲面，通过后续数据处理得到高铁结构体及过境区域地表任意里程段的沉降信息。具体步骤包括：建立高铁线位平面坐标与线路里程的转换关系，建立PS点的属性信息，构建高铁结构体的缓冲区，利用缓冲区分离高铁结构体和地表的PS点，构建高铁结构体和地表沉降曲面，提取高铁结构体及地表沉降信息。本发明相对于目前国内外常采用的整体区域沉降评价方法，降低了粗差出现的概率，提高了高铁结构体沉降监测信息提取精度，改善了沉降信息的提取与查询效率。

Description

一种高速铁路PSI沉降监测信息提取方法
技术领域
本发明涉及高速铁路沉降监测技术，特别是涉及采用差分合成孔径雷达干涉测量进行高铁结构体沉降监测的技术。
背景技术
近年来，DInSAR(Difference Interferometic SAR，差分合成孔径雷达干涉测量)技术已经成为区域沉降监测最有效和常用的手段，利用DInSAR技术，能够采用非接触的方式，对地表上的固定地物在一定周期内的微小形变量进行监测，这种方法尤其适用于区域地表的沉降监测。这种技术受到时空失相干的影响较大，监测精度一般在厘米级。为了提高精度，研究人员提出了PSI(Permanent Scatter Interferometic SAR，永久散射体合成孔径雷达干涉测量)技术，这种技术把关注的重点从整个SAR影像转移到了相关性良好的PS(Permanent Scatters，永久散射体)点，在降低时空失相干影响的同时，大大提高了解缠的精度，将微小形变监测精度提高到毫米级。
基于PSI的高速铁路沉降监测技术通过识别高铁结构体上及沿线区域内多个稳定的PS点，经分析处理可获取这些点目标的时间序列沉降信息，通过对获取的沉降信息的拟合处理即可获取高铁线上任意里程及沿线任意区域的沉降速率与时间维上的沉降变化序列。
为了对高铁结构体沉降进行准确的分析，首先需要将高铁结构体上的PS点准确的提取出来，目前PSI沉降监测信息提取中常采用的方法有最近距离法、反距离权重法、平均法等，这些方法都没有考虑高铁结构体的特征。应用过程中存在以下几点不足：(1)原来常规的DInSAR沉降信息提取算法效率不高，提取的沉降信息出现误差的概率大；(2)常规的提取算法将高速铁路结构体与沿线地表作为一个整体进行沉降信息提取，忽略了线上沉降与线下沉降的不相关性，提取的高铁结构体上的结果精度容易受到地表沉降的影响。
现有PSI应用于高速铁路沉降监测技术正处于研究改进和发展中。
发明内容
针对目前PSI沉降监测信息提取方法存在的问题和高速铁路沉降特点，本发明推出一种应用于高速铁路的PSI沉降信息提取新方法，其目的在于，将PSI技术与高铁沉结构体特点和高铁结构体的沉降特点结合起来，通过建立PS点平面坐标与里程坐标的互转模型，对高速铁路结构体上的PSI沉降监测信息从整个沉降监测结果中分离出来，再利用狄洛尼不规则三角网技术和反距离权重法快速取得到高铁结构体与区域内任意目标的时序沉降监测结果，从而提高高铁结构体上的沉降信息提取精度。
本发明所涉及的应用于高速铁路的PSI沉降信息提取方法，充分利用高铁结构体的空间几何特征，建立高铁里程与PS点的转换模型，以高铁中线建立缓冲区范围，将高铁结构体上的PS点有效分离出来，采用不规则三角网分别构建高铁线上和地表沉降曲面，实现高铁结构体上PSI沉降监测信息的快速提取。具体技术步骤包括：建立高铁线位平面坐标与线路里程的转换关系，建立PS点的属性信息，构建高铁结构体的缓冲区，利用缓冲区分离高铁结构体和地表的PS点，构建高铁结构体和地表沉降曲面，提取高铁结构体及地表沉降信息。
S1、建立高铁线位平面坐标与线路里程的转换关系
将高铁线位中线离散成点集，为离散的每一个点建立属性信息，属性信息包括线位离散点的平面坐标和线路里程，通过高铁线位离散点的平面坐标和线路里程，建立高铁线位的线路里程与平面坐标之间的转换关系。
S2、建立PS点的属性信息
利用S1步骤建立的高铁线位平面坐标和线路里程之间的转换关系，根据PS点的平面坐标获取PS点对应的线路里程，并为每一个PS点建立属性信息，属性信息包括PS点的平面坐标和线路里程，得到带有平面坐标和线路里程属性信息的PS点数据集。
S3、构建高铁结构体的缓冲区
以线路里程值为描述指标，确定有效的缓冲区里程范围，根据高铁线位以及高铁结构体宽度为指标，建立高铁结构体的缓冲区。
S4、分离高铁结构体和地表的PS点
利用建立的高铁结构体的缓冲区和PS点数据集中的线路里程属性，以线路里程和高铁结构体的宽度为分离指标，将高铁结构体的PS点与地表的PS点分离到不同的数据集中。
S5、构建高铁结构体和地表沉降曲面
利用获取的高铁结构体和地表的PS点数据集，按照狄洛尼三角网构建方法，采用逐点插入法构建不规则三角网拓扑关系，分别构建高铁结构体和地表沉降曲面。
S6、提取高铁结构体及地表沉降信息
依据所求点与高铁线路之间的距离关系确定该点所属数据集，依据所求点的平面坐标从对应狄洛尼不规则三角网沉降曲面找到所属三角形，根据所求点与所属三角形三顶点对应的PS点之间的距离关系，采用反距离权重法，由PS点的沉降信息内插得到所求点的沉降信息。
本发明所涉及的应用于高速铁路的PSI沉降信息提取方法，以高速铁路结构体与地表沉降信息分离提取为核心，通过构建平面坐标与线路里程互转模型来描述PS点与高铁线位的关系，并引入狄洛尼不规则三角网和反距离权重算法来提高铁结构体与地表的PSI沉降信息提取，克服原来常规的PSI沉降信息提取算法提取的沉降信息出现误差的概率大的缺陷，提高了高铁结构体的沉降监测精度。
附图说明
图1为本发明所述的高速铁路PSI沉降监测信息提取的新方法的流程图。
图中标记说明：
S1、建立高铁线位平面坐标与线路里程的转换关系
S2、建立PS点的属性信息
S3、构建高铁结构体的缓冲区
S4、分离高铁结构体和地表的PS点
S5、构建高铁结构体和地表沉降曲面
S6、提取高铁结构体及地表沉降信息
具体实施方式
结合附图1对本发明的技术方案作进一步说明。如图1所示，本发明所述的一种高速铁路PSI沉降监测信息提取的新方法包括以下步骤：
S1、建立高铁线位平面坐标与线路里程的转换关系
将高铁线位中线离散成点集，为离散的每一个点建立属性信息，属性包括点位的平面坐标和线路里程，通过高铁线位上离散点的平面坐标和线路里程信息，建立线路里程与平面坐标之间相互转换的关系。
S2、建立PS点的属性信息
S2-1、建立高铁线位的线段集
首先利用S1建立的高铁离散点集，以相邻点对形成高铁线位的线段集。
S2-2、计算PS点的里程坐标
以任一PS点为起点，逐一向高铁线位作垂线，以落在线段上的交点坐标作为平面坐标和线路里程转换关系的平面坐标输入值，以此时的垂距作为偏移值，计算出每一个PS点的线路里程信息
S2-3、将PS点的平面坐标和根据S2-2计算出的PS点的线路里程填充到PS点的属性表中，得到包含平面坐标信息和线路里程属性信息的PS点数据集。
S3、构建高铁结构体的缓冲区
结合全线工点类型，以线路里程值为描述指标，确定有效的缓冲区里程范围，然后根据高铁线位以及高铁结构体的空间几何宽度，建立高铁结构体的缓冲区。
S4、分离高铁结构体和地表的PS点
首先建立高铁结构体和地表两个PS点数据集，然后利用建立的高铁结构体缓冲区范围和PS点数据集中的线路里程属性，以线路里程值和和高铁结构体的空间几何宽度做为分离条件，将线路里程和PS点的偏移量均满足缓冲区范围要求的点填充到高铁结构体PS点数据集中，将除了高铁结构体之外的PS点填充到地表PS点数据集中，实现高铁结构体和地表PS点的分离。
S5、构建高铁结构体和地表沉降曲面
利用获取的高铁结构体和地表的PS点数据集，以PS点的平面坐标为依据，分别构建高铁结构体和地表沉降曲面，分别进行下述操作：按照狄洛尼三角网构建原则，采用逐点插入法构建不规则三角网拓扑关系；拓扑关系记录包括三角形集合，对应三角形三边的共边邻接三角形集合，三角形顶点集合，点平面位置集合，点形变信息集合，索引对应的三角形编号集合。以PS点集平面坐标的外接矩形为基础划分小单元矩形格网，以小单元格网建立快速检索索引。
S6、提取高铁结构体及地表沉降信息
首先依据所求点的线路里程信息确定属于高铁结构体数据集还是地表数据集。
然后依据所求点的平面坐标从对应狄洛尼不规则三角网沉降曲面找到所属三角形，即以该方格网对应的索引三角形为当前搜索三角形，基于所求点与搜索三角形三边的关系，找到与所求点邻近的三角形作为当前搜索三角形，循环该步骤至所求点在搜索三角形内部为止；
最后根据所求点点位与所属三角形三顶点的PS点距离关系，采用反距离权重法，由PS点沉降信息内插得到最终的所求点的沉降信息。

Claims (3)

1.一种高速铁路PSI沉降监测信息提取方法，其特征在于：充分利用高铁结构体的空间几何特征，对高铁过境区域的PSI沉降监测结果进行线上线下分离，建立高铁里程与PS点的转换模型，以高铁中线建立缓冲区，将高铁结构体上的PS点与地表PS点有效的分离开来，采用不规则三角网分别构建高铁结构体和地表沉降曲面，实现高铁结构体PSI沉降监测信息的快速提取。具体技术步骤包括：建立高铁线位平面坐标与线路里程的转换关系，建立PS点的属性信息，构建高铁结构体的缓冲区，分离高铁结构体和地表的PS点，构建高铁结构体和地表沉降曲面，提取高铁结构体及地表沉降信息；
所述的建立高铁线位平面坐标与线路里程的转换关系，是将高铁线位中线离散成点集，通过离散点的平面坐标和线路里程，建立线路里程与高铁线位平面坐标之间的相互转换关系；
所述的建立PS点的属性信息，是利用建立的高铁线位平面坐标和线路里程之间的转换关系，实现PS点平面坐标和线路里程之间的转换并获取每个PS点的线路里程信息，得到带有平面坐标和线路里程属性信息的PS点数据集；
所述的分离高铁结构体和地表的PS点，是利用建立的高铁结构体的缓冲区和PS点数据集中的线路里程属性，将高铁结构体的PS点与地表的PS点分离到不同的数据集中；
所述的构建高铁结构体和地表沉降曲面，利用获取的高铁结构体和地表的PS点，按照狄洛尼三角网构建方法，采用逐点插入法构建不规则三角网拓扑关系，分别构建高铁结构体和地表的沉降曲面。
2.根据权利要求1所述的一种高速铁路PSI沉降监测信息提取方法，其特征在于：所述的构建高铁结构体的缓冲区，是以线路里程信息为描述指标，确定有效的缓冲区里程范围，并根据高铁线位以及高铁结构体宽度，建立高铁结构体缓冲区。
3.根据权利要求1所述的一种高速铁路PSI沉降监测信息提取方法，其特征在于：所述的提取高铁结构体及地表沉降信息，是依据所求点的里程坐标确定所属数据集，采用反距离权重法，由PS点沉降信息内插得到最终的所求点的沉降信息。
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