CN108896009A - 一种基于有效相干性的大型线状结构体沉降监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于有效相干性的大型线状结构体沉降监测的方法，利用时序高分辨率SAR影像的有效相干性和高精度INSAR图像配准结果，结合大型线状结构体在时序SAR影像中的空间分布，进行基于结构体特征的相干性计算，经过相干性统计值来划分线状特征的最优段落，逐段落确定区域多时相SAR影像干涉对，并采用分布式策略进行时序INSAR处理，将分段处理结果采用归一化方式合并后得到大型线状结构体沉降结果，本发明提高了大型线状结构体沉降监测的可靠性和稳定性，解决了常规时序INSAR技术在线状结构体区域内存在沉降监测不连续、不稳定的问题，填补了该领域的技术空白。

Description

一种基于有效相干性的大型线状结构体沉降监测方法
技术领域
本发明涉及时序INSAR沉降监测技术，具体是一种基于有效相干性的大型线状结构体沉降监测的方法。
背景技术
时序INSAR沉降监测技术是传统INSAR技术的进一步发展，该技术主要通过长时间序列的INSAR数据分析，以去除干涉相对中的轨道、大气、DEM误差以及低相干性等因素的影响，获取地表形变的一种技术。时序INSAR技术的发展使得INSAR技术从大尺度监测扩展到精细形变监测，极大的推动了INSAR技术的发展。
目前，在大型线状结构体沉降监测方面使用较多的时序INSAR技术主要分为永久散射体技术(PS-INSAR)和小基线集技术(SBAS)两大类，两种方式在时间基线和空间基线分布合理的情况下，均可开展区域性的沉降监测。然而，PS-INSAR技术和小基线集技术均是依据稳定的永久散射体点目标(PS)或者分布式目标(DS)开展分析研究。点目标/分布式目标的分布受相干性影响，导致可探测目标的点位分布呈现离散化、分布不均的问题，无法对大型线状结构体的沉降数值进行连续表达。目前，主流的分析方法是基于沉降值的等值线分析，该方法通过线性插值虽能形成连续性沉降估算，但当已经探测的点目标/分布式目标和结构体间距较远时，通过插值估算得到的沉降值，真实性和可靠性较差，无法满足高精度监测的需要。
发明内容
本发明的目的在于克服上述背景技术存在的缺陷，提供一种基于有效相干性的大型线状结构体沉降监测的方法，其目的在于以线状结构体相干性统计来优选区域内时序SAR影像的策略，形成可靠的时序SAR数据集，克服了常规时序INSAR技术中存在目标点分布离散化、不均匀的问题，有效提高大型线状结构体沉降监测的可靠性和稳定性。
本发明的技术方案:
一种基于有效相干性的大型线状结构体沉降监测方法，包括如下步骤：
S1，采集时序SAR影像进行高精度INSAR图像配准构建参数模型；
S2，对参数模型进行线状结构体特征识别构建线性划分模型；
S3，对线性划分模型进行相干性计算获得线状段落；
S4，对线性段落最优段落划分；
S5，对最优段落分布式采用策略时序INSAR处理获得段落沉降结果；
S6，对段落沉降结果归一化计算获得监测数据。
S4中所述的基于时序SAR影像的最优段落划分是指基于统计完成的相干系数分布指标和线性划分模型，通过分析线状区域相干性的分布情况，来剔除相干性差的区域，形成具有高相干性的可靠的线状段落；将全部影像对处理完毕后，根据线性划分模型，按照从零递增的方式进行段落划分和编号，保证一定的重叠区域，以确保数据可以有效衔接。
S5中所述的分布式时序INSAR处理分为两步，首先将编号段落逐段和SAR影像序列建立对应关系，划分兴趣区域，形成SAR序列集群；其次根据划分的不同区域的SAR序列集群，依照制定的分布式策略进行时序INSAR处理。
所述的线性划分模型是以相干系数为主要参考因子，对满足要求的影像进行聚类，形成时序SAR集群。
S4基于时序SAR影像的最优段落划分步骤：
S4-1线性特征相干性分析
将平均强度图上的线状结构体进行段落划分，依次对比各干涉像对的相干系数值，并按照排序法将相干系数从大到小进行排序。
S4-2时序SAR影像聚类
建立段落与SAR时间序列间的关系。设定相干系数阈值，选择相干系数大于设定阈值的时序SAR影像进行聚类。当SAR影像数目少于影像所需最小数目时，重新设定相干系数阈值，直至满足要求。
与现有技术相比，本发明具有的优点：
第一，本发明利用时序高分辨率SAR影像的有效相干性和高精度INSAR图像配准结果，结合大型线状结构体在时序SAR影像中的空间分布，进行基于结构体特征的相干性计算，经过相干性统计值来划分线状特征的最优段落，逐段落确定区域时序SAR影像对，并采用分布式策略进行时序INSAR处理，将分段处理结果采用归一化方式合并后得到大型线状结构体沉降结果。
第二，本发明通过时序INSAR技术可有效解决传统方式，沉降监测在线状区域不连续、不稳定的问题，在铁路、公路、水利、石油管道、电力等部门开展既有设施大范围沉降监测。
附图说明
图1为本发明一种基于有效相干性的大型线状结构体沉降监测方法的流程示意图。
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，本发明所述的一种基于有效相干性的大型线状结构体沉降监测方法包括以下步骤：
S1高精度INSAR图像配准
SAR影像时间序列设定起止时间阈值，采用传统INSAR数据处理方法进行SAR影像对的高精度配准，确定时序SAR影像之间的对应关系，自动生成配准模型和配准参数。所述的高精度INSAR图像配准(S1)是指基于时序SAR影像进行两两配准形成的一系列结果，可以采用基于强度和相位两种方式。
S2线状结构体特征识别
所述的线状结构体特征识别有专家辨识和参考数据导入两种方式。专家辨识是在主影像的中依据特征信息进行人工辨识，确定线状结构体位置；参考数据导入是在数据处理前通过其他方式获取了线状结构体的空间分布，通过坐标变换后在主影像中确定了坐标位置。具体为：
S2-1线状特征专家辨识
SAR线性结构体通常表现为强反射体，在SAR强度影像中呈“高亮区域”，依据专家经验在主影像上对线性结构体进行人工辨识，采用人工描绘的方式可准确定位线状结构体在主影像上的空间位置，依照配准参数计算得到线状结构体在多副影像上的位置。所述的专家辨识是基于大型线状结构体在SAR影像中的后向散射特征来完成。
S2-2参考数据导入
采用外业测量手段或者图纸资料确定线状结构体的空间位置，通过坐标转换和投影变换，确定其在主影像中的位置坐标，依照配准参数计算得到线状结构体在多副影像上的位置。
S3基于结构体特征的相关性计算
所述的基于结构体特征的相关性计算分两步：首先采用合理的策略计算SAR影像对之间的相干系数，生成全部干涉像对的相干系数图，其次根据结构体的线状特征在相干系数图中的分布来统计其相干系数。所述的相干系数分布指标是指线状结构体区域的相干性的客观表达，在表现形式上为相干系数曲线分布图。
S3-1生成影像对的相干系数图
依据主副影像关系和配准结果，采用合理策略计算主副影像之间的相干系数，生产相干系数图和强度影像。
S3-2生成线状结构体相干性序列
根据结构体的线状特征在相干系数图中的分布来统计其相相干系数，生成相干系数图，遍历所有的时序干涉像对，生成相干系数序列。
S4基于时序SAR影像的最优段落划分
所述的基于时序SAR影像的最优段落划分是指基于统计完成的相关系数分布指标和线性划分模型，通过分析线状区域相干性的分布情况，来剔除相干性差的区域，形成具有高相干性的可靠的线状段落。将全部影像对处理完毕后，根据线性划分模型，按照从零递增的方式进行段落划分和编号，保证一定的重叠区域，以确保数据可以有效衔接。
S4-1线性特征相干性分析
将平均强度图上的线状结构体进行段落划分，依次对比各干涉像对的相干系数值，并按照排序法将相干系数从大到小进行排序
S4-2时序SAR影像聚类
建立段落与SAR时间序列间的关系。设定相干系数阈值，选择相干系数大于设定阈值的时序SAR影像进行聚类。当SAR影像数目少于影像所需最小数目时，重新设定相干系数阈值，直至满足要求。
S4-3段落划分和编号
将全部影像对处理完毕后，根据线性划分模型，按照从零递增的方式进行段落划分和编号，保证段落与段落之间存在一定的重叠区域，确保后续处理结果可以有效衔接。
S5分布式时序INSAR处理
所述的分布式策略时序INSAR处理分为两步：首先将编号段落逐段和SAR影像序列建立对应关系，依次划分兴趣区域，形成SAR序列集群；其次根据划分的不同区域的SAR序列集群，依照制定的分布式策略进行时序INSAR处理。
即，根据不同段落划分和编号，结合线状结构体的类型、大小、后向散射强度等信息，选择合理的分布式计算策略进行后续的时序INSAR数据处理。
S6归一化计算
所述的归一化计算是指基于重叠段落的沉降分析结果，采用特定计算策略对全部段落结果进行粗差剔除，对最终结果进行整合、统一，形成最终的监测成果。
即，基于重叠段落的沉降分析结果，采用特定计算策略对全部段落结果进行粗差剔除，对最终结果进行整合、统一，形成最终的监测成果。
应当理解的是，这里所讨论的实施方案及实例只是为了说明，对本领域技术人员来说，可以加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于有效相干性的大型线状结构体沉降监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，采集时序SAR影像进行高精度INSAR图像配准构建参数模型；
S2，对参数模型进行线状结构体特征识别构建线性划分模型；
S3，对线性划分模型进行相干性计算获得线状段落；
S4，对线性段落最优段落划分；
S5，对最优段落分布式采用策略时序INSAR处理获得段落沉降结果；
S6，对段落沉降结果归一化计算获得监测数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于有效相干性的大型线状结构体沉降监测方法，其特征在于，
S4中所述的基于时序SAR影像的最优段落划分是指基于统计完成的相干系数分布指标和线性划分模型，通过分析线状区域相干性的分布情况，来剔除相干性差的区域，形成具有高相干性的可靠的线状段落；将全部影像对处理完毕后，根据线性划分模型，按照从零递增的方式进行段落划分和编号，保证一定的重叠区域，以确保数据可以有效衔接。
3.根据权利要求1所述的一种基于有效相干性的大型线状结构体沉降监测方法，其特征在于，S5中所述的分布式时序INSAR处理分为两步，首先将编号段落逐段和SAR影像序列建立对应关系，划分兴趣区域，形成SAR序列集群；其次根据划分的不同区域的SAR序列集群，依照制定的分布式策略进行时序INSAR处理。
4.根据权利要求1所述的一种基于有效相干性的大型线状结构体沉降监测方法，其特征在于，所述的线性划分模型是以相干系数为主要参考因子，对满足要求的影像进行聚类，形成时序SAR集群。
5.根据权利要求2所述的一种基于有效相干性的大型线状结构体沉降监测方法，其特征在于，S4中最优段落划分是基于时序SAR影像划分，分为如下步骤：
S4-1线性特征相干性分析
将平均强度图上的线状结构体进行段落划分，依次对比各干涉像对的相干系数值，并按照排序法将相干系数从大到小进行排序。
S4-2时序SAR影像聚类
建立段落与SAR时间序列间的关系；设定相干系数阈值，选择相干系数大于设定阈值的时序SAR影像进行聚类；当SAR影像数目少于影像所需最小数目时，重新设定相干系数阈值，直至满足要求。
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