CN109696152B - 一种低相干性区域地面沉降量估算方法 - Google Patents

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Abstract

一种低相干性区域地面沉降量估算方法，所述估算方法是研究区遥感影像订购，研究区遥感影像处理，研究区地面沉降量反演，研究区地面沉降量数据检验，研究区低相干性区域地面沉降量插值方法确定，研究区低相干性区域地面沉降量估算，本发明为及时准确估算低相干性区域范围地面沉降量提供了一种新方法，实现了基于地理信息空间技术的低相干性区域地面沉降量的快速准确监测。

Description

一种低相干性区域地面沉降量估算方法
技术领域
本发明涉及一种低相干性区域地面沉降量的估算方法，尤其是一种利用地理信息空间插值技术高效准确估算低相干性区域地面沉降量的方法。
背景技术
星载合成孔径雷达干涉测量技术（InSAR）因其高分辨率、高精度、全天候等优点已经成为目前广泛使用的地面沉降测量技术之一，其旨在通过计算两次或多次过境时合成孔径雷达影像的相位差来获取地面沉降数值，主要包括D-InSAR方法、PS-InSAR方法、SBAS-InSAR方法、DS-InSAR方法及MAI方法等。
然而，受成像时刻分辨率单元内散射体变化、传感器姿态变化和雷达波透射比等因素制约，雷达回波信号不同程度受到时空去相干的影响，导致干涉相位随机噪声增加，相干性衰减，地面沉降测量精度降低。低相干性区域目前并没有明确的定义，一般指空间或时间相干性小于某个临界值时的研究对象，如农田或牧草地是典型的低相干性区域。低相干性区域地面沉降量的准确估算成为目前亟需解决且具有挑战性的问题。
从理论上讲，将多源传感器数据进行联合解算以便增加观测数并同时提高时间分辨率是实现低相干性区域地面沉降监测的最好方法，但是，这不仅对不同平台的数据配准提出更高的要求，而且不可避免地衰减空间分辨率，更为麻烦的是，目前可用的传感器数据无法满足同一区域多次观测数的基本要求，因此发明一种准确估算低相干性区域地面沉降量方法具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低相干性区域地面沉降量估算方法，以克服传统InSAR技术无法准确提取低相关性区域地面沉降量的不足。
本发明的上述目的是通过以下技术方案来实现的。
一种低相干性区域地面沉降量估算方法，其特征在于：所述估算方法是按下列步骤进行的：
1）研究区遥感影像订购
从专业机构遥感影像订购网站，订购下载研究区域研究期间内多期Sentinel-1A遥感影像，将Sentinel-1A数据转换为SARScape内部格式，并使用研究区域范围矢量边界进行数据裁剪，得到研究区域多时相SLC数据；
2）研究区遥感影像处理
对研究区域多时相SLC数据，进行基线估算及小基线集生成、图像匹配、干涉图生成、去平地效应、干涉图滤波、相干系数计算、相位解缠、轨道精炼和重去平等处理，其中将相位解缠相干系数阈值设定为0.35，相干系数小于0.35的区域，即为低相干性区域；
3）研究区地面沉降量反演
对上述步骤2）处理得到的研究区遥感影像，进行轨道精炼和重去平、形变速率和高程系数估算、地形残余相位和大气相位去除以及地理编码，反演得到研究区域研究期间内不同时间段的地面沉降量；
4）研究区地面沉降量数据检验
对上述步骤3）中反演得到的研究区域研究期间内不同时间段的地面沉降量数据进行正态检验，检验其是否呈正态分布，若呈正态分布，则具有自相关性，可以使用克里金法进行插值，否则对地面沉降量数据进行变换，使其呈正态分布；
5）研究区低相干性区域地面沉降量插值方法确定
对上述步骤4）处理得到的研究区域某一时段地面沉降量，进行普通克里金插值与经验贝叶斯克里金插值，获得低相干性区域的地面沉降量，计算两种插值方法得到的低相干性区域边界地面沉降量与其相邻的高相干区域地面沉降量的均方根误差，均方根误差越小，插值精度越高，进而确定适用于研究区域低相干性区域地面沉降量的克里金插值方法；
6）研究区低相干性区域地面沉降量估算
利用上述步骤5）确定的适用于研究区域的低相干性区域地面沉降量最优插值方法，对上述步骤3）得到研究区域研究期间内不同时间段的地面沉降量进行空间插值，获得低相干区域研究期间内不同时间段的地面沉降量。
本发明上述技术方案通过地球信息空间技术，挖掘了克里金插值方法在低相干性区域地面沉降量估算中的潜力，构建克里金插值方法估算低相干性区域地面沉降量估算中的方法体系，并应用此方法对研究区低相干性区域不同时间段的地面沉降量进行了空间反演，克服了传统的InSAR技术估算低相干性区域地面沉降量的局限性。
本方法填补了估算低相干性区域地面沉降量的空白，为及时准确估算低相干性区域范围地面沉降量提供了一种新方法，实现了基于地理信息空间技术的低相干性区域地面沉降量的快速准确监测。
附图说明
图1是本发明实施案例所述的一种低相干性区域地面沉降量估算方法中计算的2017年5月30日轩岗采煤沉陷区地面沉降量空间分布图。
图2是本发明实施案例所述的一种低相干性区域地面沉降量估算方法中对2017年5月30日轩岗采煤沉陷区地面沉降量进行插值后的地面沉陷量空间分布图。
具体实施方式
下面通过对轩岗采煤沉陷区低相干性区域地面沉降量估算方法的应用案例，对本发明的具体实施方式作进一步说明。
步骤一、轩岗采煤沉陷区遥感影像订购
从专业机构遥感影像订购网站，订购下载覆盖轩岗采煤沉陷区2015年11月—2017年6月期间内的26景Sentinel-1A遥感影像。将Sentinel-1A数据转换为SARScape内部格式，并使用轩岗采煤沉陷区矢量边界进行数据裁剪，得到轩岗采煤沉陷区26景多时相SLC数据。
步骤二、轩岗采煤沉陷区遥感影像处理
对轩岗采煤沉陷区多时相SLC数据，进行基线估算及小基线集生成、图像匹配、干涉图生成、去平地效应、干涉图滤波、相干系数计算、相位解缠、轨道精炼和重去平等处理。其中，将相位解缠相干系数阈值设定为0.35。相干系数小于0.35的区域，即为低相干性区域。
步骤三、轩岗采煤沉陷区地面沉降量反演
对上述步骤二得到的轩岗采煤沉陷区遥感影像，进行轨道精炼和重去平、形变速率和高程系数估算、地形残余相位和大气相位去除以及地理编码等，反演得到轩岗采煤沉陷区研究期间内不同时间段的地面沉降量。图1为2017年5月30日轩岗采煤沉陷区地面沉降量空间分布图（空缺部分为低相干性区域）。
步骤四、轩岗采煤沉陷区地面沉降量数据检验
对上述步骤三得到的轩岗采煤沉陷区研究期间内不同时间段的地面沉降量数据进行正态检验，检验表明，不同时间段的地面沉降量均呈正态分布，具有自相关性，可以使用克里金法进行插值。
步骤五、轩岗采煤沉陷区低相干性区域地面沉降量插值方法确定
对上述步骤四得到的轩岗采煤沉陷区2017年5月30日地面沉降量，进行普通克里金插值与经验贝叶斯克里金插值，估算低相干性区域的地面沉降量。计算两种插值方法得到的低相干性区域边界地面沉降量与其相邻的高相干区域地面沉降量的均方根误差。结果表明，经验贝叶斯克里金插值方法的均方根误差最小，进而将经验贝叶斯克里金法确定适用于轩岗采煤沉陷区低相干性区域地面沉降量的最优插值方法。
步骤六、轩岗采煤沉陷区低相干性区域地面沉降量估算
利用上述步骤五确定的适用于轩岗采煤沉陷区低相干性区域地面沉降量的经验贝叶斯克里金插值方法，对上述步骤三得到的轩岗采煤沉陷区研究期间内不同时间段的地面沉降量进行空间插值，得到轩岗采煤沉陷区低相干区域研究期间内不同时间段的地面沉降量。图2为对2017年5月30日轩岗采煤沉陷区地面沉降量进行插值后的地面沉陷量空间分布图。

Claims (1)

1.一种低相干性区域地面沉降量估算方法，其特征在于：所述估算方法是按下列步骤进行的：
1）研究区遥感影像订购
从专业机构遥感影像订购网站，订购下载研究区域研究期间内多期Sentinel-1A遥感影像，将Sentinel-1A数据转换为SARScape内部格式，并使用研究区域范围矢量边界进行数据裁剪，得到研究区域多时相SLC数据；
2）研究区遥感影像处理
对研究区域多时相SLC数据，进行基线估算及小基线集生成、图像匹配、干涉图生成、去平地效应、干涉图滤波、相干系数计算、相位解缠、轨道精炼和重去平等处理，其中将相位解缠相干系数阈值设定为0.35，相干系数小于0.35的区域，即为低相干性区域；
3）研究区地面沉降量反演
对上述步骤2）处理得到的研究区域遥感影像，进行轨道精炼和重去平、形变速率和高程系数估算、地形残余相位和大气相位去除以及地理编码，反演得到研究区域研究期间内不同时间段的地面沉降量；
4）研究区地面沉降量数据检验
对上述步骤3）中反演得到的研究区域研究期间内不同时间段的地面沉降量数据进行正态检验，检验其是否呈正态分布，若呈正态分布，则具有自相关性，使用克里金法进行插值，否则对地面沉降量数据进行变换，使其呈正态分布；
5）研究区低相干性区域地面沉降量插值方法确定
对上述步骤4）处理得到的研究区域某一时段地面沉降量，进行普通克里金插值与经验贝叶斯克里金插值，得到研究区域低相干性区域的地面沉降量，计算两种插值方法得到的低相干性区域边界地面沉降量与其相邻的高相干区域地面沉降量的均方根误差，均方根误差越小，插值精度越高，进而确定适用于研究区低相干性区域地面沉降量的克里金插值方法；
6）研究区低相干性区域地面沉降量估算
利用上述步骤5）确定的适用于研究区域的低相干性区域地面沉降量最优插值方法，对上述步骤3）得到研究区域研究期间内不同时间段的地面沉降量进行空间插值，得到低相干区域研究期间内不同时间段的地面沉降量。
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