CN113740844A - 面向坝体三维形变监测的两台地基雷达联合观测方法 - Google Patents

面向坝体三维形变监测的两台地基雷达联合观测方法 Download PDF

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    • G01S13/885—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for ground probing

Abstract

本发明公开了面向坝体三维形变监测的两台地基雷达联合观测方法，其包括以下步骤：S1、生成三维模型；S2、构建地基雷达系统；S3、获取得到雷达数据；S4、将雷达数据和三维模型进行融合，得到融合后的模型；S5、基于融合后的模型对被测目标进行监测。本发明使用地面三维激光扫描仪，无人机倾斜摄影测量技术采集到的监测区域的点云数据集，构建出监测区域重点目标的三维模型。与现有计算结果以数字、文字、图像等抽象的表现形式不同，构建并使用三维模型后，可以根据地基雷达采集得到的数据计算出的结果，以更加直观的方式展现在使用者的眼前，降低解译计算结果的专业门槛，使其更容易被广大需求者接受应用，实用性更强。

Description

面向坝体三维形变监测的两台地基雷达联合观测方法
技术领域
本发明涉及测绘领域，具体涉及一种面向坝体三维形变监测的两台地基雷达联合观测方法。
背景技术
我国地质构造复杂、地形地貌起伏变化大，极易发生滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害。此外，人类的生产、生活活动也很容易诱发滑坡灾害的发生，大量岩土边坡的失稳或滑动屡见不鲜，给工程建设和人民生命财产带来了严重的危害和损失。因此通过先进技术监测目标位移数据，准确演算得到目标的三维位移信息，从而反映出目标的真实位移，对超过正常阈值的形变信息进行报警，对于目标地物结构性能的监测和诊断以及灾害预警具有重要意义。
全站仪是一种较为先进的测量设备，它能够省时省力，且不需计算测量成果，并且精度较高，如角度测量精度可达1″。它不仅能够测量高程、方位角、距离，还能测量空间三维坐标。变形监测测量就是利用其空间三维坐标测量来对其空间的坝体形状变化及位移量来判断其大坝的安全情况。
采用全站仪对大坝变形观测，只需对大坝所有观测标点进行空间三维坐标测量，即(N,E,Z)值，N为Y值，即上下位移量；E为X值，即为左右位移量；Z为高程，为沉陷量。用全站仪进行变形观测，应先确定基站的坐标，即用一个已有的基站，假定其x，y坐标，而z坐标为已知，用控制测量的方法对其进行四等控制测量，这样，一个控制网就生成了，每个基站点都有其固定的坐标，将其记录作为每次测量的基础资料。然后用每排基站对此排所有观测标点进行全站仪坐标测量，即一个基站架设仪器，另一个基站作为方向校核。各个观测标点坐标与往次测量成果进行分析比对，得出水库大坝的安全性态，为大坝的安全运行提供科学的保证。
GNSS形变监测方法：在对大坝进行监测过程中，如果发现大坝在一段时间内变形速率缓慢，那么从空间域和时间域上进行分析，行业内将会把处于这个状态的大坝认为是稳定的。对于设置周期性测量监测点这个模式而言，其主要是利用边或网连接的方式，在大坝上建立监测网，然后利用平差计算法对监测点的三维坐标进行计算，这样就能根据坐标的差值来确定不同监测点所产生的变形量。GNSS固定连续性变形监测，主要利用固定的监测仪器对大坝的变形进行长时间的分析和数据收集，因此，固定连续变形监测模式存在一定的连续性且时间分辨率较高。由于大坝变形的过程存在一定的缓慢性，那么工作人员在对监测数据进行处理时，要对数据进行分组处理，按照监测时间将观测数据进行分组，然后采用静态相对定位和动态相对定位的方式对数据进行综合处理，从而就能得到大坝准确的变形情况。
三维激光扫描技术是一种非接触式主动快速获取物体表面三维密集点云技术，是一种高时空分辨率三维对地观测手段。三维激光扫描系统主要由计算机、电源、扫描仪、数码相机以及控制器等组成，能够主动获取物体表面三维坐标和一定属性，如反射强度等的不规则空间分布的三维点云。传统测量手段相比，其不仅可以扫描一些工作人员难以到达的地方直接获得目标物体的三维坐标信息，同时还可获取目标物的纹理以及色彩信息，并进行各种后期处理分析。其作业流程主要包括：
(1)外业数据采集过程。使用地面型三维激光扫描仪，采用固定单站坐标点的扫描方式，在同一位置对滑坡体进行多次扫描。
(2)内业数据处理过程。首先要进行的是点云数据的拼接。然后进行的是点云数据的滤波。最后完成对点云数据的提取。
(3)建立模型。将前后两期的点云数据建立高精度数字高程模型，在同一坐标系下，将前后两期的DEM相减，即可得到整个滑坡监测区域变化显示。
地基雷达形变监测技术：地基干涉合成孔径雷达测量技术(GB-InSAR)是一种应用了微波干涉技术的创新雷达，该雷达集成有合成孔径雷达技术、干涉测量技术和步进频率连续波技术等多种先进技术，其基本原理是利用合成孔径雷达技术来提高系统的方位向分辨率，通过步进频率连续波技术来提高GB-InSAR系统的距离向分辨率，采用干涉测量技术获取GB-InSAR系统的高精度视线向形变。GB-InSAR关键技术主要含有图像配准、生成干涉图、相位解缠、相位估计、地理编码等流程，具有全天时、全天候、大范围、远距离、非接触等特点，在地质灾害监测、预警方面具有巨大优势。目前，地基雷达已广泛应用于滑坡、崩塌等地质灾害的监测，利用干涉测量原理地基雷达可以监测到目标区域发生的微小形变量，实现目标的形变监测，观察员可根据累计形变量、形变速度、形变加速度等采集处理出的数据对地质灾害进行实时监测。相比于各种变形监测的其他方法，如三维激光扫描仪、全站仪、位移计等，地基干涉合成孔径雷达(GB-InSAR)在环境的适应性、监测精度、监测范围和距离，以及成本等方面都具有明显的优势，可以进行高速和实时的形变测量，且能对地面目标进行动态或静态监测。
根据雷达成像的几何关系，约定目标远离雷达时(Los向)形变dLos为负(Los向沉降)，靠近雷达时dLos为正(Los向隆升)，可以将dLos用E，N，U三个分量dE，dN，dU来表示：dLos＝dUcosθ-sinθ[dNcos(αk-3π/2)+dEsin(αk-3π/2)]；αk为传感器在滑轨上的运动方向与北向夹角(顺时针)，α-3π/2为方位视线方向(Azimuth Look Direction，简记为ALD)，即距离向与北向的夹角(顺时针为正)。因此,如果要得到完整的三维地表形变信息，就至少需要输入三个不同视角的实际观测值。
无人机三维成像监测技术：无人机遥感生态场景三维可视化包含三部分内容：首先利用无人机平台和光学遥感载荷完成对所监测区域的多角度、多层次的倾斜摄影数据采集，其次对采集到的数据，针对不同的场景特点，采用不同的模型进行三维建模，再次将三维模型与空间数据管理平台以及测量的网络虚拟地图等进行集成，实现无人机遥感生态场景三维可视化总集成。无人机遥感场景三维建模的流程包括：内业分析；外业飞行；无人机获取数据预处理；生态场景三维模型建立；三维生态场景的遥感解译与显示，分析监测区。
全站仪虽然能够简洁快速的进行观测标点的空间三维坐标测量，但该方法也有其局限性，不仅无法获得观测点以外的形变数据，还需要专业人员布设基站并进行校准，一方面工作人员目视读数带有很大的主观性可能带来误差，另一方面该监测方法需要专业人员操控仪器，无法实现自动、实时、长期稳定的监测。其结果虽然精度较高，但仅限于获取单点的三向位移，无法监测堰塞体相应坡面的整体情况，局限性较大。
全球导航卫星系统(GNSS)能够实现对目标区域坝体的长期稳定的监测，也能够通过计算获取精度较高的监测目标的形变信息，但是该方法也有其局限性。卫星过境有其固定的周期，其余时间无法获取到监测目标的卫星数据。如发生地震或欲加快工程进度，需一段时间内集中获取监测目标形变数据，GNSS无法完成时刻对目标进行形变监测的任务。
在GB-InSAR形变监测过程中，任何一种地表形变都可以视为由东、北、上(E，N，U)三个方向分量组成。首先，由于其自身的特点，单台GB-InSAR只能通过监测得到目标在雷达视线向的位移，其结果不足以反映目标的真实位移。其次，三个方向的形变分量对于视线(LOS)向形变的贡献各不相同。地基雷达传感器在滑轨上的运动方向大多数为水平向运动，通常情况下，GB-InSAR传感器对垂向运动要比对水平运动敏感得多，这对高边坡的水平向分量形变观测十分不利。假设形变方向(断层运动方向)与雷达传感器运行方向完全一致的话，干涉测量方法将无法获取形变信息。
现有的实时监测目标形变技术大部分仍停留在使用一部地基雷达计算二维SAR影像位移数据，结果也多数以图表，图像等抽象的形式表示，非专业人员应用困难。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的面向坝体三维形变监测的两台地基雷达联合观测方法解决了单台地基雷达无法准确的计算出目标的三向位移信息，难以直观、实用的展现监测目标的位移态势的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
提供一种面向坝体三维形变监测的两台地基雷达联合观测方法，其包括以下步骤：
S1、获取观测范围的点云数据和光学影像数据，并生成三维模型；
S2、构建地基雷达系统：在监测站放置主地基雷达，在主基地雷达旁放置与其平行的次地基雷达；其中主地基雷达和次地基雷达的合成孔径雷达滑轨长度相同，且在水平地面上两地基雷达的相位中心连线与被测目标垂直，被测目标位于两地基雷达成像范围内；
S3、在主地基雷达和次地基雷达走停过程中，分别获取至少3条数据，得到雷达数据；
S4、将雷达数据和三维模型进行融合，得到融合后的模型；
S5、基于融合后的模型对被测目标进行监测。
进一步地，步骤S1中获取观测范围的点云数据和光学影像数据的具体方法为：
通过地面三维激光扫描仪或无人机载LiDAR获取观测范围的点云数据和光学影像数据。
进一步地，步骤S3的具体方法包括以下子步骤：
S3-1、将地基雷达中4个三面角反射器与全站仪棱镜进行刚性捆绑并置于直线滑台上；其中直线滑台设置在滑轨上；
S3-2、将直线滑台与地面水平夹角
Figure BDA0003255090090000061
调整为69°～71°，将雷达与三面角反射器的俯仰角λ均设在10°～15°，并使三面角反射器的发射面中心法向位于雷达视线范围内；
S3-3、分别在主基地雷达和次基底雷达处查看雷达视线能否通视照射被测目标，若是则直接进入步骤S3-4，否则调整地基雷达滑轨至通视照射被测目标并进入步骤S3-4；
S3-4、沿靠近雷达视线方向移动三面角反射器至少3次，获取对应的至少3个形变数据；
S3-5、根据形变数据得到形变量，并将该形变量与全站仪数据进行对比，若该形变量与全站仪数据偏差在设定范围内，则保留当前地基雷达系统及形变数据，进入步骤S3-6；否则调整主地基雷达和次地基雷达，并返回步骤S3-4；
S3-6、建立空间直角坐标系，在被测目标上选取一个测量点，并在三面角反射器和测量点上均安装竖直向下的红外线发射器，并获取三面角反射器在地面上的投射点T1；
S3-7、在空间直角坐标系的X轴上固定一点T2，测量∠T1OT2的大小γ；其中O为空间直角坐标系的原点；
S3-8、获取原点O与点T1的距离r、原点O与测量点的距离R和俯仰角β；
S3-9、根据公式：
Figure BDA0003255090090000071
获取测量点的三维坐标(x,y,z)；
S3-10、根据公式：
Figure BDA0003255090090000072
Figure BDA0003255090090000073
分别获取测量点在Y轴上的偏离角度θ和测量点在X轴上的偏离角度α；其中
Figure BDA0003255090090000074
为由测量点和主地基雷达滑轨构成的平面中垂直于主地基雷达滑轨的向量，
Figure BDA0003255090090000075
为向量
Figure BDA0003255090090000076
的长度；
Figure BDA0003255090090000077
为由测量点和次地基雷达滑轨构成的平面中垂直于次地基雷达滑轨的向量，
Figure BDA0003255090090000078
为向量
Figure BDA0003255090090000079
的长度；
Figure BDA00032550900900000710
为探测器在滑轨上的位移向量，
Figure BDA00032550900900000711
为
Figure BDA00032550900900000712
的长度；
S3-11、根据公式：
Figure BDA00032550900900000713
获取测量点在Z轴方向的位移信息dz；其中dy为测量点垂直于主地基雷达滑轨方向的位移向量，由主地基雷达测得；dlos2为测量点垂直于次地基雷达滑轨方向的位移向量，由次地基雷达测得。
进一步地，沿靠近雷达视线方向移动三面角反射器的具体方法为：
移动三面角反射器5mm，采集对应位置处的数据，以10min为间隔重复移动4次；移动三面角反射器10mm，采集对应位置处的数据，以10min为间隔重复移动3次。
进一步地，
Figure BDA0003255090090000081
的获取方法具体为：
在主地基雷达滑轨的方向上寻找与测量点相同横坐标的点R0，将测量点的坐标减去点R0的坐标得到的向量作为由测量点和主地基雷达滑轨构成的平面中垂直于主地基雷达滑轨的向量。
本发明的有益效果为：本发明使用地面三维激光扫描仪，无人机倾斜摄影测量技术采集到的监测区域的点云数据集，构建出监测区域重点目标的三维模型。与现有计算结果以数字、文字、图像等抽象的表现形式不同，构建并使用三维模型后，可以根据地基雷达采集得到的数据计算出的结果，以更加直观的方式展现在使用者的眼前，降低解译计算结果的专业门槛，使其更容易被广大需求者接受应用，实用性更强。
附图说明
图1为本方法的流程示意图；
图2为空间直角坐标系下两台地基雷达和测量点的位置关系示意图；
图3为γ角测量示意图；
图4为将三个方向的位移量放在一个空间内的示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1和图2所示，该面向坝体三维形变监测的两台地基雷达联合观测方法包括以下步骤：
S1、获取观测范围的点云数据和光学影像数据，并生成三维模型；
S2、构建地基雷达系统：在监测站放置主地基雷达，在主基地雷达旁放置与其平行的次地基雷达；其中主地基雷达和次地基雷达的合成孔径雷达滑轨长度相同，且在水平地面上两地基雷达的相位中心连线与被测目标垂直，被测目标位于两地基雷达成像范围内；
S3、在主地基雷达和次地基雷达走停过程中，分别获取至少3条数据，得到雷达数据；
S4、将雷达数据和三维模型进行融合，得到融合后的模型；
S5、基于融合后的模型对被测目标进行监测。
步骤S1中获取观测范围的点云数据和光学影像数据的具体方法为：通过地面三维激光扫描仪或无人机载LiDAR获取观测范围的点云数据和光学影像数据。
步骤S3的具体方法包括以下子步骤：
S3-1、将地基雷达中4个三面角反射器与全站仪棱镜进行刚性捆绑并置于直线滑台上；其中直线滑台设置在滑轨上；
S3-2、将直线滑台与地面水平夹角
Figure BDA0003255090090000091
调整为69°～71°，将雷达与三面角反射器的俯仰角λ均设在10°～15°，并使三面角反射器的发射面中心法向位于雷达视线范围内；
S3-3、分别在主基地雷达和次基底雷达处查看雷达视线能否通视照射被测目标，若是则直接进入步骤S3-4，否则调整地基雷达滑轨至通视照射被测目标并进入步骤S3-4；
S3-4、沿靠近雷达视线方向移动三面角反射器至少3次，获取对应的至少3个形变数据；
S3-5、根据形变数据得到形变量，并将该形变量与全站仪数据进行对比，若该形变量与全站仪数据偏差在设定范围内，则保留当前地基雷达系统及形变数据，进入步骤S3-6；否则调整主地基雷达和次地基雷达，并返回步骤S3-4；
S3-6、建立空间直角坐标系，在被测目标上选取一个测量点，并在三面角反射器和测量点上均安装竖直向下的红外线发射器，并获取三面角反射器在地面上的投射点T1；
S3-7、如图3所示，在空间直角坐标系的X轴上固定一点T2，测量∠T1OT2的大小γ；其中O为空间直角坐标系的原点；
S3-8、获取原点O与点T1的距离r、原点O与测量点的距离R和俯仰角β；
S3-9、根据公式：
Figure BDA0003255090090000101
获取测量点的三维坐标(x,y,z)；
S3-10、根据公式：
Figure BDA0003255090090000102
Figure BDA0003255090090000103
分别获取测量点在Y轴上的偏离角度θ和测量点在X轴上的偏离角度α；其中
Figure BDA0003255090090000104
为由测量点和主地基雷达滑轨构成的平面中垂直于主地基雷达滑轨的向量，
Figure BDA0003255090090000105
为向量
Figure BDA0003255090090000106
的长度；
Figure BDA0003255090090000107
为由测量点和次地基雷达滑轨构成的平面中垂直于次地基雷达滑轨的向量，
Figure BDA0003255090090000108
为向量
Figure BDA0003255090090000109
的长度；
Figure BDA00032550900900001010
为探测器在滑轨上的位移向量，
Figure BDA0003255090090000111
为
Figure BDA0003255090090000112
的长度；
S3-11、根据公式：
Figure BDA0003255090090000113
获取测量点在Z轴方向的位移信息dz；其中dy为测量点垂直于主地基雷达滑轨方向的位移向量，由主地基雷达测得；dlos2为测量点垂直于次地基雷达滑轨方向的位移向量，由次地基雷达测得。
沿靠近雷达视线方向移动三面角反射器的具体方法为：移动三面角反射器5mm，采集对应位置处的数据，以10min为间隔重复移动4次；移动三面角反射器10mm，采集对应位置处的数据，以10min为间隔重复移动3次。
在具体实施过程中，如图2所示，主地基雷达的布置区域应尽量位于监测范围的中心附近；次地基雷达平行布置于主地基雷达之后；T为监测目标点；H为目标距离地面高度；dx为平行于雷达滑轨的位移向量，dy为垂直于雷达滑轨方向的位移向量，它们是由主地基雷达根据多孔径干涉技术在图中的平行四边形平面内求解出的二维位移量；主雷达距离空间坐标系的原点距离记为R0，主雷达的坐标为(0，R0，0)；dlos2为次地基雷达平行滑轨测量目标得到的位移量。为了清楚这三者之间的联系，如图4所示，将这3个方向的位移量放置在一个空间内，dz为待求的第三维位移向量。
Figure BDA0003255090090000114
为dy向量长度，
Figure BDA0003255090090000115
为dlos2向量长度，即由测量点和次地基雷达滑轨构成的平面中与安装在次地基雷达滑轨上的探测器间的向量长度；M点为P点到dx向量上的垂足。根据位移的位置关系可知平行雷达监测到的目标位移量与其他二维向量的空间关系。
Figure BDA0003255090090000116
的获取方法具体为：在主地基雷达滑轨的方向上寻找与测量点相同横坐标的点R0，将测量点的坐标减去点R0的坐标得到的向量作为由测量点和主地基雷达滑轨构成的平面中垂直于主地基雷达滑轨的向量。
在本发明的一个实施例中，将测量点在三个方向的位移信息整合表现在被测目标(坝体)三维模型之上，预设预警阈值，一旦形变趋势过大甚至超过预警阈值则进行警告，及时采取措施，降低滑坡、溃坝等灾害造成的风险损失。
综上所述，本发明使用地面三维激光扫描仪，无人机倾斜摄影测量技术采集到的监测区域的点云数据集，构建出监测区域重点目标的三维模型。与现有计算结果以数字、文字、图像等抽象的表现形式不同，构建并使用三维模型后，可以根据地基雷达采集得到的数据计算出的结果，以更加直观的方式展现在使用者的眼前，降低解译计算结果的专业门槛，使其更容易被广大需求者接受应用，实用性更强。

Claims (5)

1.一种面向坝体三维形变监测的两台地基雷达联合观测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取观测范围的点云数据和光学影像数据，并生成三维模型；
S2、构建地基雷达系统：在监测站放置主地基雷达，在主基地雷达旁放置与其平行的次地基雷达；其中主地基雷达和次地基雷达的合成孔径雷达滑轨长度相同，且在水平地面上两地基雷达的相位中心连线与被测目标垂直，被测目标位于两地基雷达成像范围内；
S3、在主地基雷达和次地基雷达走停过程中，分别获取至少3条数据，得到雷达数据；
S4、将雷达数据和三维模型进行融合，得到融合后的模型；
S5、基于融合后的模型对被测目标进行监测。
2.根据权利要求1所述的面向坝体三维形变监测的两台地基雷达联合观测方法，其特征在于，步骤S1中获取观测范围的点云数据和光学影像数据的具体方法为：
通过地面三维激光扫描仪或无人机载LiDAR获取观测范围的点云数据和光学影像数据。
3.根据权利要求1所述的面向坝体三维形变监测的两台地基雷达联合观测方法，其特征在于，步骤S3的具体方法包括以下子步骤：
S3-1、将地基雷达中4个三面角反射器与全站仪棱镜进行刚性捆绑并置于直线滑台上；其中直线滑台设置在滑轨上；
S3-2、将直线滑台与地面水平夹角
Figure FDA0003255090080000011
调整为69°～71°，将雷达与三面角反射器的俯仰角λ均设在10°～15°，并使三面角反射器的发射面中心法向位于雷达视线范围内；
S3-3、分别在主基地雷达和次基底雷达处查看雷达视线能否通视照射被测目标，若是则直接进入步骤S3-4，否则调整地基雷达滑轨至通视照射被测目标并进入步骤S3-4；
S3-4、沿靠近雷达视线方向移动三面角反射器至少3次，获取对应的至少3个形变数据；
S3-5、根据形变数据得到形变量，并将该形变量与全站仪数据进行对比，若该形变量与全站仪数据偏差在设定范围内，则保留当前地基雷达系统及形变数据，进入步骤S3-6；否则调整主地基雷达和次地基雷达，并返回步骤S3-4；
S3-6、建立空间直角坐标系，在被测目标上选取一个测量点，并在三面角反射器和测量点上均安装竖直向下的红外线发射器，并获取三面角反射器在地面上的投射点T1；
S3-7、在空间直角坐标系的X轴上固定一点T2，测量∠T1OT2的大小γ；其中O为空间直角坐标系的原点；
S3-8、获取原点O与点T1的距离r、原点O与测量点的距离R和俯仰角β；
S3-9、根据公式：
Figure FDA0003255090080000021
获取测量点的三维坐标(x,y,z)；
S3-10、根据公式：
Figure FDA0003255090080000022
Figure FDA0003255090080000023
分别获取测量点在Y轴上的偏离角度θ和测量点在X轴上的偏离角度α；其中
Figure FDA0003255090080000031
为由测量点和主地基雷达滑轨构成的平面中垂直于主地基雷达滑轨的向量，
Figure FDA0003255090080000032
为向量
Figure FDA0003255090080000033
的长度；
Figure FDA0003255090080000034
为由测量点和次地基雷达滑轨构成的平面中垂直于次地基雷达滑轨的向量，
Figure FDA0003255090080000035
为向量
Figure FDA0003255090080000036
的长度；
Figure FDA0003255090080000037
为探测器在滑轨上的位移向量，
Figure FDA0003255090080000038
为
Figure FDA0003255090080000039
的长度；
S3-11、根据公式：
Figure FDA00032550900800000310
获取测量点在Z轴方向的位移信息dz；其中dy为测量点垂直于主地基雷达滑轨方向的位移向量，由主地基雷达测得；dlos2为测量点垂直于次地基雷达滑轨方向的位移向量，由次地基雷达测得。
4.根据权利要求3所述的面向坝体三维形变监测的两台地基雷达联合观测方法，其特征在于，沿靠近雷达视线方向移动三面角反射器的具体方法为：
移动三面角反射器5mm，采集对应位置处的数据，以10min为间隔重复移动4次；移动三面角反射器10mm，采集对应位置处的数据，以10min为间隔重复移动3次。
5.根据权利要求3所述的面向坝体三维形变监测的两台地基雷达联合观测方法，其特征在于，
Figure FDA00032550900800000311
的获取方法具体为：
在主地基雷达滑轨的方向上寻找与测量点相同横坐标的点R0，将测量点的坐标减去点R0的坐标得到的向量作为由测量点和主地基雷达滑轨构成的平面中垂直于主地基雷达滑轨的向量。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114035188A (zh) * 2022-01-11 2022-02-11 西南交通大学 一种地基雷达冰川流速高精度监测算法与系统
CN115014232A (zh) * 2022-08-05 2022-09-06 应急管理部国家自然灾害防治研究院 一种跨断层水平形变观测装置
CN115574711A (zh) * 2022-11-24 2023-01-06 天津理工大学 环境工程的测量方法和系统
CN115727824A (zh) * 2022-12-07 2023-03-03 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 协同观测载荷群共基准测量系统及测量方法
CN116086306A (zh) * 2023-04-13 2023-05-09 中国铁塔股份有限公司 坝体的监测信息的生成方法、装置、设备及可读存储介质
CN116311047A (zh) * 2023-03-01 2023-06-23 四川省公路规划勘察设计研究院有限公司 空天地多源融合的滑坡监测方法、装置、介质及服务器

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004309178A (ja) * 2003-04-02 2004-11-04 Oyo Corp 合成開口レーダを用いる地表面変動量計測方法
CN103576149A (zh) * 2013-06-05 2014-02-12 河海大学 一种基于幅度信息的地基干涉雷达三维形变提取方法
CN103680063A (zh) * 2013-12-16 2014-03-26 嘉兴学院 基于手机加速度计和陀螺仪的老年人异常情况判定方法
CN105783754A (zh) * 2016-03-14 2016-07-20 河海大学 基于三维激光扫描的GBInSAR三维位移场提取方法
CN107544095A (zh) * 2017-07-28 2018-01-05 河南工程学院 一种地面三维激光点云与探地雷达图像融合的方法
US20180284263A1 (en) * 2017-03-30 2018-10-04 Thales Method of guidance of an aerial target, in particular in the vertical landing phase, and radar system implementing such a method
CN109856633A (zh) * 2018-12-28 2019-06-07 重庆大学 一种模块化地基边坡雷达监测系统
CN109974573A (zh) * 2019-04-16 2019-07-05 重庆亚派桥梁工程质量检测有限公司 一种微波雷达与北斗融合的三维形变测量方法
CN111754540A (zh) * 2020-06-29 2020-10-09 中国水利水电科学研究院 一种边坡质点位移轨迹监测实时跟踪方法及系统
CN212569147U (zh) * 2020-07-24 2021-02-19 杭州都市高速公路有限公司 一种监测路堑边坡变形度的装置
CN112540369A (zh) * 2020-11-27 2021-03-23 武汉大学 融合GNSS与升降轨时序InSAR的滑坡三维形变解算方法及系统
CN113176544A (zh) * 2021-03-05 2021-07-27 河海大学 一种边坡雷达影像与地形点云的误匹配校正方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004309178A (ja) * 2003-04-02 2004-11-04 Oyo Corp 合成開口レーダを用いる地表面変動量計測方法
CN103576149A (zh) * 2013-06-05 2014-02-12 河海大学 一种基于幅度信息的地基干涉雷达三维形变提取方法
CN103680063A (zh) * 2013-12-16 2014-03-26 嘉兴学院 基于手机加速度计和陀螺仪的老年人异常情况判定方法
CN105783754A (zh) * 2016-03-14 2016-07-20 河海大学 基于三维激光扫描的GBInSAR三维位移场提取方法
US20180284263A1 (en) * 2017-03-30 2018-10-04 Thales Method of guidance of an aerial target, in particular in the vertical landing phase, and radar system implementing such a method
CN107544095A (zh) * 2017-07-28 2018-01-05 河南工程学院 一种地面三维激光点云与探地雷达图像融合的方法
CN109856633A (zh) * 2018-12-28 2019-06-07 重庆大学 一种模块化地基边坡雷达监测系统
CN109974573A (zh) * 2019-04-16 2019-07-05 重庆亚派桥梁工程质量检测有限公司 一种微波雷达与北斗融合的三维形变测量方法
CN111754540A (zh) * 2020-06-29 2020-10-09 中国水利水电科学研究院 一种边坡质点位移轨迹监测实时跟踪方法及系统
CN212569147U (zh) * 2020-07-24 2021-02-19 杭州都市高速公路有限公司 一种监测路堑边坡变形度的装置
CN112540369A (zh) * 2020-11-27 2021-03-23 武汉大学 融合GNSS与升降轨时序InSAR的滑坡三维形变解算方法及系统
CN113176544A (zh) * 2021-03-05 2021-07-27 河海大学 一种边坡雷达影像与地形点云的误匹配校正方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
余红楚 等: "地面雷达在边坡形变观测中的环境影响校正", 昆明理工大学学报(自然科学版), vol. 40, no. 04, pages 28 - 32 *
李翔宇 等: "基于地基雷达干涉测量技术的大坝边坡形变监测及应用", 安徽农业科学, vol. 48, no. 9, pages 221 - 242 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114035188A (zh) * 2022-01-11 2022-02-11 西南交通大学 一种地基雷达冰川流速高精度监测算法与系统
CN115014232A (zh) * 2022-08-05 2022-09-06 应急管理部国家自然灾害防治研究院 一种跨断层水平形变观测装置
CN115574711A (zh) * 2022-11-24 2023-01-06 天津理工大学 环境工程的测量方法和系统
CN115727824A (zh) * 2022-12-07 2023-03-03 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 协同观测载荷群共基准测量系统及测量方法
CN115727824B (zh) * 2022-12-07 2023-06-02 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 协同观测载荷群共基准测量系统及测量方法
CN116311047A (zh) * 2023-03-01 2023-06-23 四川省公路规划勘察设计研究院有限公司 空天地多源融合的滑坡监测方法、装置、介质及服务器
CN116311047B (zh) * 2023-03-01 2023-09-05 四川省公路规划勘察设计研究院有限公司 空天地多源融合的滑坡监测方法、装置、介质及服务器
CN116086306A (zh) * 2023-04-13 2023-05-09 中国铁塔股份有限公司 坝体的监测信息的生成方法、装置、设备及可读存储介质

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