CN114114257A - 一种坝区形变与水位相关性检测方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种坝区形变与水位相关性检测方法和装置，所述方法包括：对合成孔径雷达影像数据集进行干涉测量，得到多个永久散射体目标点的时序形变信息；对获取的水位数据集进行水位分解，得到余弦信号，余弦信号包括水位初始相位和角速度；对时序形变信息、水位初始相位和角速度进行相关性计算，得到相关性参数，通过分析坝体及周边环境形变与库水位在空间和时间上的相关性，从而提高检测准确性，保证人民的生命财产安全。
Description
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，特别涉及人工智能技术领域，尤其涉及一种坝区形变与水位相关性检测方法和装置。
背景技术
大坝库区及两岸边坡受到蓄水位升降的影响，往往会出现库盆沉降、谷幅变形等现象，为了降低自然灾害对人民的生命财产造成的损失，需要对变形现象进行检测。近年来随着卫星遥感技术的发展，合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术以其长时间、大范围、高精度、动态连续等优势，已成为地表形变监测领域具备发展潜力的新手段，相关技术中，通过InSAR技术检测水位对边坡表面变形的影响时，一般将水位导致的边坡变形看成是线性的，或者将永久散射体(Persistent Scatterers，简称：PS)点的变位速率与水位绘制在同一张图表中，对PS目标点速率和水位进行简单的定性分析。但上述技术中在时间尺度上的分析存在较大的不足，导致检测准确性较差。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种坝区形变与水位相关性检测方法，通过分析坝体及周边环境形变与库水位在空间和时间上的相关性，从而提高检测准确性，保证人民的生命财产安全。本发明的另一个目的在于提供一种坝区形变与水位相关性检测装置。本发明的再一个目的在于提供一种计算机可读介质。本发明的还一个目的在于提供一种计算机设备。
为了达到以上目的，本发明一方面公开了一种坝区形变与水位相关性检测方法，包括：
对合成孔径雷达影像数据集进行干涉测量，得到多个永久散射体目标点的时序形变信息；
对获取的水位数据集进行水位分解，得到余弦信号，余弦信号包括水位初始相位和角速度；
对时序形变信息、水位初始相位和角速度进行相关性计算，得到相关性参数。
优选的，对合成孔径雷达影像数据集进行干涉测量，得到多个永久散射体目标点的时序形变信息，包括：
通过永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术，对合成孔径雷达影像数据集进行干涉测量，得到多个永久散射体目标点的时序形变信息。
优选的，在对获取的水位数据集进行水位分解，得到余弦信号之前，还包括：
通过水位测量设备，按照指定时间间隔测量坝区水位；
记录坝区水位和对应的测量时间；
根据多组坝区水位和对应的测量时间，生成水位数据集。
优选的，对获取的水位数据集进行水位分解，得到余弦信号，包括：
通过最小二乘法，根据构建的余弦模型对水位数据集进行计算，得到余弦信号。
优选的，对时序形变信息、水位初始相位和角速度进行相关性计算，得到相关性参数，包括：
通过最小二乘法，根据构建的相关性模型，对时序形变信息、水位初始相位和角速度进行相关性计算，得到相关性参数。
优选的，相关性参数包括形变滞后水位的相位；
在对时序形变信息、水位初始相位和角速度进行相关性计算，得到相关性参数之后，还包括：
通过滞后时间公式，对形变滞后水位的相位进行计算，得到形变滞后时间。
优选的，在通过滞后时间公式，对形变滞后水位的相位进行计算，得到形变滞后时间之后，还包括：
按照设置的不同颜色，对不同范围的形变滞后时间对应的永久散射体目标点进行可视化展示。
优选的，在按照设置的不同颜色，对不同范围的形变滞后时间对应的永久散射体目标点进行可视化展示之后，还包括：
从形变滞后时间中筛选出位于设置的滞后范围内的目标滞后时间；
对目标滞后时间对应的永久散射体目标点进行可视化展示。
优选的，相关性参数包括形变幅度值；
在对时序形变信息、水位初始相位和角速度进行相关性计算，得到相关性参数之后，还包括：
按照设置的不同颜色，对不同范围的形变幅度值对应的永久散射体目标点进行可视化展示。
优选的，在按照设置的不同颜色，对不同范围的形变幅度值对应的永久散射体目标点进行可视化展示之后，还包括：
从形变幅度值中筛选出位于设置的幅度范围内的幅度阈值的目标幅度值；
对目标幅度值对应的永久散射体目标点进行可视化展示。
本发明还公开了一种坝区形变与水位相关性检测装置，包括：
干涉测量单元，用于对合成孔径雷达影像数据集进行干涉测量，得到多个永久散射体目标点的时序形变信息；
水位分解单元，用于对获取的水位数据集进行水位分解，得到余弦信号，余弦信号包括水位初始相位和角速度；
第一计算单元，用于对时序形变信息、水位初始相位和角速度进行相关性计算，得到相关性参数。
本发明还公开了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述方法。
本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储包括程序指令的信息，所述处理器用于控制程序指令的执行，所述处理器执行所述程序时实现如上所述方法。
本发明对合成孔径雷达影像数据集进行干涉测量，得到多个永久散射体目标点的时序形变信息；对获取的水位数据集进行水位分解，得到余弦信号，余弦信号包括水位初始相位和角速度；对时序形变信息、水位初始相位和角速度进行相关性计算，得到相关性参数，通过分析坝体及周边环境形变与库水位在空间和时间上的相关性，从而提高检测准确性，保证人民的生命财产安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种坝区形变与水位相关性检测方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的又一种坝区形变与水位相关性检测方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的一种通过PS-InSAR技术处理对SAR影像数据集进行干涉测量的流程图；
图4为本发明实施例提供的一种某地大坝位置示意图；
图5为本发明实施例提供的一种该地水库蓄水的水位时序图；
图6为本发明实施例提供的一种水位余弦拟合与实际水位的对比示意图；
图7为本发明实施例提供的一种该地InSAR降轨监测结果的示意图；
图8为本申请实施例提供的一种点P的原始形变时序与恢复后形变时序的对比示意图；
图9为本发明实施例提供的一种该地大坝区域的PS目标点的形变幅度示意图；
图10为本发明实施例提供的又一种该地大坝区域的PS目标点的形变幅度示意图；
图11为本发明实施例提供的又一种该地大坝区域的PS目标点的形变幅度示意图；
图12为本发明实施例提供的一种该地大坝区域的PS目标点的形变滞后时间示意图；
图13为本发明实施例提供的一种坝区形变与水位相关性检测装置的结构示意图；
图14为本发明实施例提供的一种计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了便于理解本申请提供的技术方案，下面先对本申请技术方案的相关内容进行说明。合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术是一种采用干涉测量技术的合成孔径雷达技术。具体地，通过雷达向目标区域发射微波，并接收目标区域反射的回波，得到同一目标区域成像的合成孔径雷达(SAR)复图像对，SAR复图像对包括辐射强度信息和相位角信息；若SAR复图像对之间存在相干条件，通过将SAR复图像对共轭相乘可以得到干涉图；根据干涉图的相位值，得出两次成像中微波的路程差，从而计算出目标区域的地形、地貌以及表面的微小变化。InSAR技术可用于数字高程模型建立、地壳形变探测等应用领域。具体地，InSAR技术在城市及建筑物、矿区的地表变形、沉降和水库边坡滑坡、大坝结构变形等领域均有应用，在水工领域，也有通过InSAR技术对三峡库区等多个水库和大坝进行滑坡监测的应用。
库区边坡滑坡等自然灾害，在前期都会经历较长的变形积累期，如果能够在前期及时发现异常的边坡变形区域，相应增强监测和安全防范，能够有效降低人民的生命财产损失。在传统方式中，为了对大坝库区及两岸边坡的形变进行监测，通常采用在边坡上设置观测点，通过全站仪等测距仪器进行监测的方式，以获得部分区域的变形情况，但这种传统方式的监测成本高，且只能获得测点区域的变形情况，不能获取大范围的变形情况。随着近年来卫星遥感技术的发展，现有技术中，一般将水位导致的边坡变形看成是线性的，即：Dsp_water＝k△h_water，其中，Dsp_water为边坡变形，△h_water为水位高度差，k为线性参数；或者，将基于InSAR技术的永久散射体(Persistent Scatterers，简称：PS)点的变位速率与水位绘制在同一张图表中，对PS目标点的变位速率和水位进行粗略简单的定性分析，能够有效弥补传统方式的部分不足。但由于水位变化后，边坡两岸会因为地质条件的差异和渗流变化，出现不同程度的变形，其滞后时间也不是不同的，因此，仅凭对PS目标点与水位之间的粗略分析得到的对应关系，无法对坝区形变进行准确检测，从而无法保证人民的生命财产安全。
针对上述需要解决的技术问题，本发明提出了时空关联性的分析方法，基于InSAR技术将坝区水位变化与时间变化相关联，并提出形变滞后时间的指标，将现有的时间定性分析定量化，使其在实际应用中具有可操作性，最终实现基于当前最新卫星图像甄别坝区的异常形变区的目标，为水库坝体自身安全和下游人民财产安全提供保障。
下面以坝区形变与水位相关性检测装置作为执行主体为例，说明本发明实施例提供的坝区形变与水位相关性检测方法的实现过程。可理解的是，本发明实施例提供的坝区形变与水位相关性检测方法的执行主体包括但不限于坝区形变与水位相关性检测装置。
图1为本发明实施例提供的一种坝区形变与水位相关性检测方法的流程图，如图1所示，该方法包括：
步骤101、对合成孔径雷达影像数据集进行干涉测量，得到多个永久散射体目标点的时序形变信息。
步骤102、对获取的水位数据集进行水位分解，得到余弦信号，余弦信号包括水位初始相位和角速度。
步骤103、对时序形变信息、水位初始相位和角速度进行相关性计算，得到相关性参数。
本发明实施例提供的技术方案中，对合成孔径雷达影像数据集进行干涉测量，得到多个永久散射体目标点的时序形变信息；对获取的水位数据集进行水位分解，得到余弦信号，余弦信号包括水位初始相位和角速度；对时序形变信息、水位初始相位和角速度进行相关性计算，得到相关性参数，通过分析坝体及周边环境形变与库水位在空间和时间上的相关性，从而提高检测准确性，保证人民的生命财产安全。
图2为本发明实施例提供的又一种坝区形变与水位相关性检测方法的流程图，如图2所示，该方法包括：
步骤201、对SAR影像数据集进行干涉测量，得到多个PS目标点的时序形变信息。
本发明实施例中，各步骤由坝区形变与水位相关性检测装置执行。
具体地，通过永久散射体合成孔径雷达干涉测量(PS-InSAR)技术，对SAR影像数据集进行干涉测量，得到多个永久散射体目标点的时序形变信息。
本发明实施例中，SAR影像数据集包括多景覆盖目标区域的影像数据，一景为一次成像覆盖的范围，每景影像数据按照指定周期连续拍摄，指定周期取决于搭载合成孔径雷达(SAR)的卫星绕地球的周期，一般范围在几天至几十天。作为一种可选方案，采用哨兵(Sentinel)卫星，指定周期隔为12天；采用CSK(COSMO-SkyMed)卫星，指定周期为16天。
本发明实施例中，PS-InSAR技术属于干涉叠加技术，从多时相SAR影像数据上获取地表形变的信息，将InSAR技术扩展到采用多时相的影像数据，可以将测量精度从厘米(cm)级别提高到毫米(mm)级别，大大减少InSAR技术的应用限制(如大气影响)。PS技术用于分析点目标，其结果与线性形变有关，要求20景以上的影像数据参与计算，并且接收时要连续。PS技术适合用于城市区域，或者干涉条件和辐射比较稳定的区域。PS可以探测到mm精度的位移，并推断在时间段上的变形速度。图3为本发明实施例提供的一种通过PS-InSAR技术处理对SAR影像数据集进行干涉测量的流程图，如图3所示，通过数字高程模型(DEM)，将拍摄的多景数据格式为SLC的SAR影像数据匹配至预设的主影像，转换至主影像坐标系，以完成差分干涉；选取符合设置的基本要求的PS候选点，估算SAR影像数据的PS候选点的平均位移速率和DEM校正系数，估算大气的相位；对PS目标点进行地理编码估算平均位移速率和DEM校正系数，得到平均位移速率和PS目标点三维位置信息，为保证结果精度，可以输入外部控制点(GCP)进行估算；对PS目标点进行时序分析，得到时序形变信息，并生成平均SAR后向散射图像。值得说明的是，PS-InSAR技术是较为成熟的现有技术，对本发明而言仅仅是获取多个PS目标点的时序形变信息的计算工具，在此仅作简单介绍，不再详细赘述。
本发明实施例中，SAR影像数据集中的影像数据为轨道周期较短的升降轨且中心下视角较大的卫星拍摄的影像数据。
雷达卫星是近极地轨道，绕地球南北飞行，由于地球自转，卫星会在同一地表上空有两种经过方式：升轨(由南向北)和降轨(由北向南)。除了同一颗卫星外，有的InSAR技术采用双星系统，一颗卫星轨道由南向北，另一颗卫星轨道由北向南，即：两颗卫星的轨道方向相反，也称为升降轨。本发明实施例中的CSK卫星和Sentinel卫星即为双星系统，轨道周期越长，越不利于形变监控；轨道周期越短，越有利于形变监控。卫星的中心下视角越小，视野越广，视野边缘的变形越严重，电磁波信号的反射越弱，不利于形变监控；中心下视角越大，视野越窄，视野边缘的变形越微弱，电磁波信号的反射越强，有利于形变监控。作为一种可选方案，中心下视角的取值范围在30°至90°。
进一步地，对于山地等植被茂盛区域，可以采用布设角反射器的方式来增强SAR影像数据的相关性。角反射器的布置没有严格的标准，布置上遵循整体均匀、重点部位加密的原则，布置点周围三米范围内应避免树木、房屋等遮盖物，埋设地点应该远离道路、松软滑坡等易变形的区域，角反射器应该固定在混凝土墩、岩体等稳固基础上。
步骤202、通过水位测量设备，按照指定时间间隔测量坝区水位。
本发明实施例中，指定时间间隔可以根据实际情况进行设置，作为一种可选方案，指定时间间隔可以设置为6小时。
本发明实施例中，水位测量设备可以采用任意一种可以采集坝区水位的设备，本发明对此不作限定。作为一种可选方案，水位测量设备为水位计。
步骤203、记录坝区水位和对应的测量时间。
本发明实施例中，将坝区水位和测量出该坝区水位的测量时间进行记录并存储，以供后续根据余弦模型进行数据分析。
步骤204、根据多组坝区水位和对应的测量时间，生成水位数据集。
本发明实施例中，水位数据集中包括多组坝区水位和对应的测量时间，以供后续的数据分析。
步骤205、对获取的水位数据集进行水位分解，得到余弦信号，余弦信号包括水位初始相位和角速度。
本发明实施例中，通过最小二乘法，根据构建的余弦模型对水位数据集进行计算，得到余弦信号。具体地，通过以下公式对水位数据集进行计算，生成余弦信号，余弦信号包括常数序列、角速度、余弦幅度值和初始相位。
较为理想的情况下，公式为：
其中，C为常数序列，A为余弦幅度值，ω为角速度，T为水位监测时间序列，
为初始相位。
但在实际过程中，会存在一个误差残余E，误差残余E可通过最小二乘法获取。实际过程中公式为：
WL＝BX+E
其中，C为常数序列，A为余弦幅度值，ω为角速度，
为初始相位，ln为某一测量时间对应的测量水位，tn为某一测量时间，εn为误差残余，WL为测量水位序列，X和B均为中间参数。
步骤206、对时序形变信息、水位初始相位和角速度进行相关性计算，得到相关性参数。
本发明实施例中，大坝蓄水会影响水库周边坡体的稳定性，为探究两者之间的关系，对水库周边坡体形变进行建模，通过最小二乘法，根据构建的相关性模型，对时序形变信息、水位初始相位和角速度进行相关性计算，得到相关性参数。其中，相关性参数包括常数序列、监测时刻序列、余弦幅度值和形变滞后水位的相位。
较为理想的情况下，公式为：
其中，C为常数序列，A’为余弦幅度值，ω为角速度，T’为监测时刻序列，
为初始相位，
为形变滞后水位的相位，V为线性形变。
但在实际过程中，会存在一个误差残余E，误差残余E可通过最小二乘法获取。实际过程中公式为：
Def＝B’X’+E
其中，C为常数序列，A’为余弦幅度值，ω为角速度，
为初始相位，
为形变滞后水位的相位，V为线性形变，εn为误差残余，X’和B’均为中间参数，dn为时刻形变量，tn为监测时刻，Def为时序形变信息。常数序列表示存在一个与水位变化、时间无关的变形分量。
本发明实施例中，余弦幅度值A’越大，表明该PS目标点的形变受蓄水水位影响较大，形变和蓄水水位相关性较强；形变滞后水位的相位
越大，表明该PS目标点所在位置受水位影响的滞后时间越长。
步骤207、按照设置的可视化标准，根据相关性参数对永久散射体目标点进行可视化展示。
本发明实施例中，将PS目标点按照所在位置显示在光学影像或三维表面模型上，根据形变速率、相关性或滞后时间，对PS目标点进行颜色分级，不同数值区间对应不同的颜色，不同色带间的色差应较为明显。进一步地，可以按照实际需求设置目标阈值，仅显示目标阈值之内的PS目标点，以便能够直观展示影响较大的区域。其中，目标阈值包括滞后范围和幅度范围。
若相关性参数包括形变滞后水位的相位，步骤207具体包括：
步骤2071、通过滞后时间公式，对形变滞后水位的相位进行计算，得到形变滞后时间。
本发明实施例中，周边山体形变较蓄水水位滞后天数是探究水库蓄水对周边坡体影响的重要指标。蓄水水位和PS目标点形变的波动周期均为一年，将形变滞后水位的相位
转换为形变滞后时间LagD，能够更为直观，便于分析。
具体地，通过以下公式对形变滞后水位的相位进行计算，得到形变滞后时间。
其中，LagD为形变滞后时间，
为形变滞后水位的相位。
步骤2072、按照设置的不同颜色，对不同范围的形变滞后时间对应的PS目标点进行可视化展示。
本发明实施例中，可以根据实际情况为不同范围的形变滞后时间对应的PS目标点设置不同的颜色，本发明实施例对形变滞后时间和对应的颜色的设置不做限定。
步骤2073、从形变滞后时间中筛选出位于设置的滞后范围内的目标滞后时间。
本发明实施例中，滞后范围可以根据实际情况进行设置，本发明实施例对此不做限定。筛选出位于滞后范围内的目标滞后时间，可以更加直观方便的观测出坝区形变的滞后区域。
步骤2074、对目标滞后时间对应的PS目标点进行可视化展示。
本发明实施例中，可以按照每个PS目标点的不同颜色对目标滞后时间对应的PS目标点进行可视化展示，以便能够直观不同滞后时间对应的区域。
若相关性参数包括形变幅度值，步骤207具体包括：
步骤3071、按照设置的不同颜色，对不同范围的形变幅度值对应的永久散射体目标点进行可视化展示。
本发明实施例中，可以根据实际情况为不同范围的幅度值对应的PS目标点设置不同的颜色，本发明实施例对形变滞后时间和对应的颜色的设置不做限定。
步骤3072、从形变幅度值中筛选出位于设置的幅度范围内的幅度阈值的目标幅度值。
本发明实施例中，幅度范围可以根据实际情况进行设置，本发明实施例对此不做限定，作为一种可选方案，幅度范围为-5至5。筛选出位于幅度范围内的目标幅度值，可以更加直观方便的观测出坝区形变区域的形变幅度。
步骤3073、对目标幅度值对应的永久散射体目标点进行可视化展示。
本发明实施例中，可以按照每个PS目标点的不同颜色对目标幅度值对应的PS目标点进行可视化展示，以便能够直观不同目标幅度值对应的形变区域。
下面用一个具体的实施例对坝区形变与水位相关性检测的过程进行说明：
以某地水电站为例，图4为本发明实施例提供的一种某地大坝位置示意图，如图4所示，横轴为纬度，纵轴为经度，图中标尺为1千米(km)，图4中方框内圈定的区域为某地大坝的位置。该地水电站总装机1386万千瓦，总容量126.7亿m3，调节库容64.6亿m3。本次监测采用2016年1月至2018年5月的Sentinel卫星影像，共计53景影像，极化方式为VV极化，中心下视角为36°，采用PS-InSAR技术处理，得到该地水电站附近的PS目标点集，PS目标点数量为6万。
该地的水位监测从2012年12月20日开始至今，水位监测前期该地还未蓄水，处于施工阶段，自2014年秋季开始蓄水，本次实例截取该地2014年6月1日至2019年4月26日的水位数据。图5为本发明实施例提供的一种该地水库蓄水的水位时序图，如图5所示，横轴为监测时间，从2012年7月至2020年1月，纵轴为水位高度，单位是米(m)。对水库蓄水水位进行最小二乘分解，求解出初始相位，用于后续对相关性参数的求解。图6为本发明实施例提供的一种水位余弦拟合与实际水位的对比示意图，是在图5的基础上对水位进行余弦拟合的对比图，横轴为监测时间，从2012年7月至2020年1月，纵轴为水位高度，单位是米(m)。
水位数据的监测时间和InSAR技术监测得到的时间序列不一致，2016年1月至2018年5月是水位监测和InSAR监测的共同时间段，在这段共同监测的时间段内，存在如下两种情况：①当天水位监测有监测数据而InSAR技术监测没有监测数据②当天InSAR技术监测有监测数据而水位监测没有监测数据。在相关性求解中，需要两者的时间一致，故需要分别对两个数据进行插值，共同时间段内的同一天确保两者都有数据。
建立相关性模型，该相关性模型中的时序形变信息包括线性形变、蓄水水位影响、常数序列和误差残余；通过最小二乘法，对每个PS目标点逐一求解相关性参数，然后根据相关性参数大小，对相关性参数进行分级设色并进行可视化显示。以相关性参数包括线性形变为例，图7为本发明实施例提供的一种该地InSAR降轨监测结果的示意图，如图7所示，横轴为纬度，纵轴为经度，图中标尺为2.5千米(km)，图例为线性形变速度(Velocity)以及对应的颜色，线性形变速度包括：小于-18、-18至-14、-14至-10、-10至-6、-6至-2、-2至2、2至6、2至6、6至10、10至14、14至18以及大于18，单位均为毫米/年(mm/yr)。该地大坝包括多个PS目标点，对每个PS目标点的线性形变所在的范围以其对应的颜色进行显示。图7中包括一PS目标点点P，对点P的拟合结果与恢复后形变时序进行对比。图8为本申请实施例提供的一种点P的原始形变时序与实际形变时序的对比示意图，如图8所示，横轴为监测时间，纵轴为形变量，单位为毫米(mm)，可以看出拟合结果与实际形变时序基本一致。
作为一种可选方案，相关性参数包括形变幅度值，图9为本发明实施例提供的一种该地大坝区域的PS目标点的形变幅度示意图，如图9所示，横轴为纬度，纵轴为经度，图中标尺为2.5千米(km)，图例为形变幅度值的范围以及对应的颜色，按照形变幅度值的大小共分为10个区间段，区间间隔为2，以0为对称点，颜色从浅色过渡至深色，形变幅度值随之变大，具体形变幅度值的范围及其对应的颜色参照图9图例。通过图9可以明显的观察到该地大坝周边的PS点呈现的颜色最深，最深的颜色表示该处形变受蓄水水位影响较大，图9中深色点位较为密集且和其他颜色点空间上区分度较高。
图10为本发明实施例提供的又一种该地大坝区域的PS目标点的形变幅度示意图，如图10所示，横轴为纬度，纵轴为经度，图中标尺为2.5千米(km)，图例为形变幅度值的范围以及对应的颜色，具体形变幅度值的范围及其对应的颜色参照图10图例。如图10所示，以-9为阈值，圈定受蓄水水位影响较大区域边界，该区域大约沿该地边岸向外延展600米，在该地大坝上游，可以看出蓄水水位对于左岸的影响范围大于右岸。
图11为本发明实施例提供的又一种该地大坝区域的PS目标点的形变幅度示意图，如图11所示，横轴为纬度，纵轴为经度，图中标尺为2.5千米(km)，图例为形变幅度值的范围以及对应的颜色，具体形变幅度值的范围及其对应的颜色参照图11图例。为探究蓄水水位对于高位滑坡的影响，滤去形变幅度值介于-5到5之间的PS目标点，认为该类点形变受蓄水水位影响较小，剩余点分布如图11所示，图中黑色矩形圈出区域相对高程较大，该区域大量PS目标点被滤去，表明该处受蓄水水位影响较小。
作为一种可选方案，相关性参数包括形变滞后时间，图12为本发明实施例提供的一种该地大坝区域的PS目标点的形变滞后时间示意图，如图12所示，横轴为纬度，纵轴为经度，图中标尺为2.5千米(km)，图例为形变滞后时间的范围以及对应的颜色，按照形变幅度值的大小共分为10个区间段，区间间隔为8，以0为对称点，具体形变滞后时间的范围及其对应的颜色参照图12图例。通过图12可以明显看到除去部分山顶位置，山顶位置相对高程较大，受蓄水影响较小，图12中其他位置形变明显滞后于蓄水水位。
本发明实施例提供的坝区形变与水位相关性检测方法的技术方案中，对合成孔径雷达影像数据集进行干涉测量，得到多个永久散射体目标点的时序形变信息；对获取的水位数据集进行水位分解，得到余弦信号，余弦信号包括水位初始相位和角速度；对时序形变信息、水位初始相位和角速度进行相关性计算，得到相关性参数，通过分析坝体及周边环境形变与库水位在空间和时间上的相关性，从而提高检测准确性，保证人民的生命财产安全。
图13为本发明实施例提供的一种坝区形变与水位相关性检测装置的结构示意图，该装置用于执行上述坝区形变与水位相关性检测方法，如图13所示，该装置包括：干涉测量单元11、水位分解单元12和第一计算单元13。
干涉测量单元11用于对合成孔径雷达影像数据集进行干涉测量，得到多个永久散射体目标点的时序形变信息。
水位分解单元12用于对获取的水位数据集进行水位分解，得到余弦信号，余弦信号包括水位初始相位和角速度。
第一计算单元13用于对时序形变信息、水位初始相位和角速度进行相关性计算，得到相关性参数。
本发明实施例中，干涉测量单元11具体用于通过永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术，对合成孔径雷达影像数据集进行干涉测量，得到多个永久散射体目标点的时序形变信息。
本发明实施例中，该装置还包括：测量单元14、记录单元15和生成单元16。
测量单元14用于通过水位测量设备，按照指定时间间隔测量坝区水位。
记录单元15用于记录坝区水位和对应的测量时间。
生成单元16用于根据多组坝区水位和对应的测量时间，生成水位数据集。
本发明实施例中，水位分解单元12具体通过最小二乘法，根据构建的余弦模型对水位数据集进行计算，得到余弦信号。
本发明实施例中，第一计算单元13具体用于通过最小二乘法，根据构建的相关性模型，对时序形变信息、水位初始相位和角速度进行相关性计算，得到相关性参数。
本发明实施例中，该装置还包括第二计算单元17。
第二计算单元17用于通过滞后时间公式，对形变滞后水位的相位进行计算，得到形变滞后时间。
本发明实施例中，该装置还包括第一展示单元18。
第一展示单元18用于按照设置的不同颜色，对不同范围的形变滞后时间对应的永久散射体目标点进行可视化展示。
本发明实施例中，该装置还包括：第一筛选单元19和第二展示单元20。
第一筛选单元19用于从形变滞后时间中筛选出位于设置的滞后范围内的目标滞后时间。
第二展示单元20用于对目标滞后时间对应的永久散射体目标点进行可视化展示。
本发明实施例中，该装置还包括：第三展示单元21。
第三展示单元21用于按照设置的不同颜色，对不同范围的形变幅度值对应的永久散射体目标点进行可视化展示。
本发明实施例中，该装置还包括：第二筛选单元22和第四展示单元23。
第二筛选单元22用于从形变幅度值中筛选出位于设置的幅度范围内的幅度阈值的目标幅度值。
第四展示单元23用于对目标幅度值对应的永久散射体目标点进行可视化展示。
本发明实施例的方案中，对合成孔径雷达影像数据集进行干涉测量，得到多个永久散射体目标点的时序形变信息；对获取的水位数据集进行水位分解，得到余弦信号，余弦信号包括水位初始相位和角速度；对时序形变信息、水位初始相位和角速度进行相关性计算，得到相关性参数，通过分析坝体及周边环境形变与库水位在空间和时间上的相关性，从而提高检测准确性，保证人民的生命财产安全。
上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机设备，具体的，计算机设备例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器用于存储包括程序指令的信息，处理器用于控制程序指令的执行，程序指令被处理器加载并执行时实现上述坝区形变与水位相关性检测方法的实施例的各步骤，具体描述可参见上述坝区形变与水位相关性检测方法的实施例。
下面参考图14，其示出了适于用来实现本申请实施例的计算机设备600的结构示意图。
如图14所示，计算机设备600包括中央处理单元(CPU)601，其可以根据存储在只读存储器(ROM)602中的程序或者从存储部分608加载到随机访问存储器(RAM))603中的程序而执行各种适当的工作和处理。在RAM603中，还存储有计算机设备600操作所需的各种程序和数据。CPU601、ROM602、以及RAM603通过总线604彼此相连。输入/输出(I/O)接口605也连接至总线604。
以下部件连接至I/O接口605：包括键盘、鼠标等的输入部分606；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶反馈器(LCD)等以及扬声器等的输出部分607；包括硬盘等的存储部分608；以及包括诸如LAN卡，调制解调器等的网络接口卡的通信部分609。通信部分609经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器610也根据需要连接至I/O接口606。可拆卸介质611，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器610上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装如存储部分608。
特别地，根据本发明的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机程序产品，其包括有形地包含在机器可读介质上的计算机程序，所述计算机程序包括用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分609从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质611被安装。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (13)
1.一种坝区形变与水位相关性检测方法，其特征在于，所述方法包括：
对合成孔径雷达影像数据集进行干涉测量，得到多个永久散射体目标点的时序形变信息；
对获取的水位数据集进行水位分解，得到余弦信号，所述余弦信号包括水位初始相位和角速度；
对所述时序形变信息、水位初始相位和角速度进行相关性计算，得到相关性参数。
2.根据权利要求1所述的坝区形变与水位相关性检测方法，其特征在于，所述对合成孔径雷达影像数据集进行干涉测量，得到多个永久散射体目标点的时序形变信息，包括：
通过永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术，对合成孔径雷达影像数据集进行干涉测量，得到多个永久散射体目标点的时序形变信息。
3.根据权利要求1所述的坝区形变与水位相关性检测方法，其特征在于，在对获取的水位数据集进行水位分解，得到余弦信号之前，还包括：
通过水位测量设备，按照指定时间间隔测量坝区水位；
记录所述坝区水位和对应的测量时间；
根据多组所述坝区水位和对应的测量时间，生成水位数据集。
4.根据权利要求1所述的坝区形变与水位相关性检测方法，其特征在于，所述对获取的水位数据集进行水位分解，得到余弦信号，包括：
通过最小二乘法，根据构建的余弦模型对所述水位数据集进行计算，得到余弦信号。
5.根据权利要求1所述的坝区形变与水位相关性检测方法，其特征在于，所述对所述时序形变信息、水位初始相位和角速度进行相关性计算，得到相关性参数，包括：
通过最小二乘法，根据构建的相关性模型，对所述时序形变信息、水位初始相位和角速度进行相关性计算，得到相关性参数。
6.根据权利要求1所述的坝区形变与水位相关性检测方法，其特征在于，所述相关性参数包括形变滞后水位的相位；
在所述对所述时序形变信息、水位初始相位和角速度进行相关性计算，得到相关性参数之后，还包括：
通过滞后时间公式，对所述形变滞后水位的相位进行计算，得到形变滞后时间。
7.根据权利要求6所述的坝区形变与水位相关性检测方法，其特征在于，在所述通过滞后时间公式，对所述形变滞后水位的相位进行计算，得到形变滞后时间之后，还包括：
按照设置的不同颜色，对不同范围的形变滞后时间对应的永久散射体目标点进行可视化展示。
8.根据权利要求7所述的坝区形变与水位相关性检测方法，其特征在于，在所述按照设置的不同颜色，对不同范围的形变滞后时间对应的永久散射体目标点进行可视化展示之后，还包括：
从所述形变滞后时间中筛选出位于设置的滞后范围内的目标滞后时间；
对所述目标滞后时间对应的永久散射体目标点进行可视化展示。
9.根据权利要求1所述的坝区形变与水位相关性检测方法，其特征在于，所述相关性参数包括形变幅度值；
在所述对所述时序形变信息、水位初始相位和角速度进行相关性计算，得到相关性参数之后，还包括：
按照设置的不同颜色，对不同范围的形变幅度值对应的永久散射体目标点进行可视化展示。
10.根据权利要求9所述的坝区形变与水位相关性检测方法，其特征在于，在所述按照设置的不同颜色，对不同范围的形变幅度值对应的永久散射体目标点进行可视化展示之后，还包括：
从所述形变幅度值中筛选出位于设置的幅度范围内的幅度阈值的目标幅度值；
对所述目标幅度值对应的永久散射体目标点进行可视化展示。
11.一种坝区形变与水位相关性检测装置，其特征在于，所述装置包括：
干涉测量单元，用于对合成孔径雷达影像数据集进行干涉测量，得到多个永久散射体目标点的时序形变信息；
水位分解单元，用于对获取的水位数据集进行水位分解，得到余弦信号，所述余弦信号包括水位初始相位和角速度；
第一计算单元，用于对所述时序形变信息、水位初始相位和角速度进行相关性计算，得到相关性参数。
12.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至10任一项所述的坝区形变与水位相关性检测方法。
13.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储包括程序指令的信息，所述处理器用于控制程序指令的执行，其特征在于，所述程序指令被处理器加载并执行时实现权利要求1至10任意一项所述的坝区形变与水位相关性检测方法。
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|---|---|---|---|---|
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| CN116486259A (zh) * | 2023-04-04 | 2023-07-25 | 自然资源部国土卫星遥感应用中心 | 遥感图像中的点目标的提取方法和装置 |
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