CN115494500A - 基于遥感干涉测量的采空区快速探测方法、系统及应用 - Google Patents

基于遥感干涉测量的采空区快速探测方法、系统及应用 Download PDF

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CN115494500A CN202211177774.2A CN202211177774A CN115494500A CN 115494500 A CN115494500 A CN 115494500A CN 202211177774 A CN202211177774 A CN 202211177774A CN 115494500 A CN115494500 A CN 115494500A
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Abstract

本发明属于遥感与公路防灾减灾数据识别技术领域，公开了基于遥感干涉测量的采空区快速探测方法、系统及应用。所述基于遥感干涉测量的采空区快速探测方法包括：通过影像预处理、基线估算、主辅影像配准、干涉图生成、去平地效应、干涉滤波、相位解缠、轨道精炼、相位转形变及地理编码、公路沿线形变提取，提取公路沿线形变图，根据所述公路沿线形变图对公路沿线进行沉降探测，判别公路发生沉陷位置是否位于采空区。与现有技术相比本发明利用遥感技术对公路沿线进行沉降监测具有实现简单、快捷、费用低、监测精度高、监测范围大、自动化程度高等优点。本发明借助遥感卫星，通过重复对目标区域的测量，能够快速获取到公路沿线微小的形变。

Description

基于遥感干涉测量的采空区快速探测方法、系统及应用
技术领域
本发明属于遥感与公路防灾减灾数据识别技术领域，尤其涉及基于遥感干涉测量的采空区快速探测方法、系统及应用。
背景技术
地下资源的开采造成了地面的沉降，如果公路正好处在沉降区域，沉降达到一定程度会使公路出现裂缝甚至是塌陷，影响行车安全。公路沉降监测传统手段是收集设计资料在重点路段布设
Figure 248374DEST_PATH_IMAGE001
点。
Figure 566092DEST_PATH_IMAGE001
监测有以下缺陷：以有限点的形式监测形变，难以反映整个沉降区域的整体形变状况及规律；监测点容易受到破坏；监测周期长，成本高。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
（1）传统的监测方法的监测其覆盖范围十分有限。如果需要实时的监测数据，则需要在道路周围布设监测设备，这样就需要大量的设备成本和维护成本。
（2）现有技术对公路沿线进行沉降监测程序复杂、运行时间长、监测精度低、自动化程度低，而且不能快速获取到公路沿线微小的形变。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了基于遥感干涉测量的采空区快速探测方法、系统及应用。
所述技术方案如下：基于遥感干涉测量的采空区快速探测方法包括：
通过影像预处理、基线估算、主辅影像配准、干涉图生成、去平地效应、干涉滤波、相位解缠、轨道精炼、相位转形变及地理编码、公路沿线形变提取，提取公路沿线形变图；
根据所述公路沿线形变图对公路沿线进行沉降探测，判别公路发生沉陷位置是否位于采空区。
在一个实施例中，所述影像预处理包括：根据公路范围对原始卫星
Figure 908212DEST_PATH_IMAGE002
影像进行裁剪；
所述基线估算包括：根据遥感影像轨道参数，计算两幅影像的空间基线，判断其是否小于临界基线。
在一个实施例中，所述主辅影像配准包括：
（1）以主影像为参考，根据主辅影像每个像元之间的坐标关系，通过相干系数法对辅影像的像元进行方位向和距离向重采样，并对辅影像的坐标进行变换，使得辅影像与主影像的像元对齐；
（2）进行粗配准与精配准，粗配准利用卫星的轨道数据选取大于等于3个特征点计算辅影像像元相对于主影像像元的偏移量；精配准在粗配准的基础上按照相干系数法提取主辅影像的同名点，计算上述同名点的偏差，并表示为主影像坐标的函数关系式，利用函数关系式对辅影像进行重采样；该主影像坐标的函数关系式表示为：
Figure 694902DEST_PATH_IMAGE003
Figure 662727DEST_PATH_IMAGE004
其中，
Figure 851263DEST_PATH_IMAGE005
为拟合参数，
Figure 364284DEST_PATH_IMAGE006
为主影像中控制点坐标，
Figure 887538DEST_PATH_IMAGE007
为辅影像中与控制点对应的坐标。
在一个实施例中，所述干涉图生成包括：形变前后的两幅
Figure 144207DEST_PATH_IMAGE008
影像经过精配准，配准精度达到1/10个像元；然后进行两幅影像的共轭相乘，得到条纹相间的干涉图纹理；对获得的干涉图进行相干性计算，得到相干性系数图，该相干性系数图用于表示干涉像对的干涉质量。
在一个实施例中，所述去平地效应包括：采用参考椭球和基线模型模拟平地相位，去除平地效应；
所述干涉滤波包括：通过前置滤波对干涉前的
Figure 452828DEST_PATH_IMAGE008
影像进行滤波处理，通过后置滤波对干涉图进行滤波处理；前置滤波采用距离向滤波和方位向滤波；后置滤波采用均值滤波、中值滤波和
Figure 386018DEST_PATH_IMAGE009
方法滤波。
在一个实施例中，所述相位解缠包括：对干涉相位丢失了
Figure 881722DEST_PATH_IMAGE010
的整数倍的相位值，采用解缠算法、枝切树法、最小二乘法、网络流法及最小费用流法进行相位的解缠，反演地表的形变。
在一个实施例中，所述轨道精炼包括：对解缠后的干涉图进行轨道精炼处理，采用多项式精细化方法通过选取地面控制点进行轨道精炼；二次多项式为：
Figure 207661DEST_PATH_IMAGE011
式中，
Figure 354477DEST_PATH_IMAGE012
为拟合相位，
Figure 474880DEST_PATH_IMAGE013
为根据
Figure 723459DEST_PATH_IMAGE014
计算得到的系数，
Figure 836777DEST_PATH_IMAGE015
为
Figure 588832DEST_PATH_IMAGE014
距离向坐标，
Figure 880136DEST_PATH_IMAGE016
为
Figure 871138DEST_PATH_IMAGE014
方位向坐标；
所述相位转形变及地理编码包括：将经过滤波以及解缠后的形变相位转换为形变值；然后通过地理编码将SAR斜距坐标系下的形变数据转换到地理坐标系下；
干涉相位是两次雷达成像时天线分别到监测的地面目标点的斜距的函数，在这两次成像期间如果地面目标点发生了形变，相位就会有形变相位的作用，电磁波在大气中传播会有大气延迟的作用，此时的干涉相位
Figure 273301DEST_PATH_IMAGE017
由地形相
Figure 879862DEST_PATH_IMAGE018
、平地相位
Figure 856915DEST_PATH_IMAGE019
、地表形变相位
Figure 814506DEST_PATH_IMAGE020
、大气延迟相位
Figure 20360DEST_PATH_IMAGE021
和噪声
Figure 996275DEST_PATH_IMAGE022
构成，表达式为：
Figure 894961DEST_PATH_IMAGE023
Figure 74269DEST_PATH_IMAGE024
Figure 67502DEST_PATH_IMAGE025
（
Figure 914235DEST_PATH_IMAGE026
）
Figure 452664DEST_PATH_IMAGE027
Figure 899695DEST_PATH_IMAGE028
Figure 181772DEST_PATH_IMAGE029
Figure 883011DEST_PATH_IMAGE030
通过滤波的方法进行削弱，成像期间地面发生的形变
Figure 841609DEST_PATH_IMAGE031
为：
Figure 526668DEST_PATH_IMAGE032
Figure 612436DEST_PATH_IMAGE033
表示第一次成像时雷达天线到地面观测点
Figure 417450DEST_PATH_IMAGE034
的斜距；
Figure 563260DEST_PATH_IMAGE035
表示卫星第一次成像时的高程；
Figure 453725DEST_PATH_IMAGE036
表示
Figure 343183DEST_PATH_IMAGE008
雷达两次成像时多普勒中心连线的距离，称为空间基线；
Figure 19015DEST_PATH_IMAGE037
是空间基线
Figure 335727DEST_PATH_IMAGE036
与水平方向线之间的倾角；
Figure 731066DEST_PATH_IMAGE038
表示第一次观测目标点
Figure 158636DEST_PATH_IMAGE034
的侧视角；
Figure 954554DEST_PATH_IMAGE039
为地面点
Figure 691435DEST_PATH_IMAGE034
的高程；
所述公路沿线形变提取包括：更换公路路线分布矢量，利用
Figure 307224DEST_PATH_IMAGE040
空间分析提取公路路域范围内的形变结果。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述基于遥感干涉测量的采空区快速探测方法的系统，该基于遥感干涉测量的采空区快速探测系统包括：
影像预处理模块，用于根据公路范围对原始卫星
Figure 538485DEST_PATH_IMAGE008
影像进行裁剪；
基线估算模块，用于根据遥感影像轨道参数，计算两幅影像的空间基线，判断其是否小于临界基线；
主辅影像配准模块，用于先进行粗配准再进行精配准；
干涉图生成模块，用于形变前后的两幅
Figure 172597DEST_PATH_IMAGE008
影像经过精配准，达到配准的精度要求进行两幅影像的共轭相乘，得到条纹相间的干涉图纹理；对获得的干涉图进行相干性计算，得到相干性系数图，该相干性系数图用于表示干涉像对的干涉质量；
去平地效应模块，用于采用参考椭球和基线模型模拟平地相位，去除平地效应；
干涉滤波模块，用于通过前置滤波对干涉前的
Figure 96691DEST_PATH_IMAGE008
影像进行滤波处理，通过后置滤波对干涉图进行滤波处理；
相位解缠模块，用于通过解缠算法、有枝切树法、最小二乘法、网络流法及最小费用流法对干涉相位丢失
Figure 199776DEST_PATH_IMAGE010
的整数倍的相位值还原缠绕的相位，反演地表的形变；
轨道精炼模块，用于对解缠后的干涉图进行轨道精炼处理，采用多项式精细化方法通过选取地面控制点进行轨道精炼；
相位转形变及地理编码模块，用于将经过滤波以及解缠后的形变相位转换为形变值；然后通过地理编码将SAR斜距坐标系下的形变数据转换到地理坐标系下；
公路沿线形变提取模块，用于将公路走线矢量与形变结果做
Figure 218417DEST_PATH_IMAGE040
空间分析，提取公路沿线形变图，直观判断其是否位于采空区。
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述的基于遥感干涉测量的采空区快速探测方法。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述的基于遥感干涉测量的采空区快速探测方法。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。通过裁剪原始
Figure 723347DEST_PATH_IMAGE008
影像，提高了数据处理的整体速率而且避免了大面积处理引入的误差；主辅影像的配准达到了十分之一个像元，大大提高了干涉图的质量；通过干涉滤波，进一步减少数据处理中的误差。
第二、把技术方案看作一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点：传统的监测方法（如水准仪、
Figure 552763DEST_PATH_IMAGE001
）的监测虽然对目标点的监测数据结果较为准确，但是其覆盖范围十分有限。如果需要实时的监测数据，则需要在道路周围布设监测设备，这样就需要大量的设备成本和维护成本。与现有技术相比本发明利用遥感技术对公路沿线进行沉降监测具有实现简单、快捷、费用低、监测精度高、监测范围大、自动化程度高等优点。本发明借助遥感卫星，通过重复对目标区域的测量，能够快速获取到公路沿线微小的形变。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是本发明实施例提供的基于遥感干涉测量的采空区快速探测方法流程图；
图2是本发明实施例提供的基于遥感干涉测量的采空区快速探测系统示意图；
图3是本发明实施例提供的遥感干涉测量模型示意图；
图4是本发明实施例提供的基于遥感干涉测量的采空区快速探测方法原理图；
图5是本发明实施例提供的裁剪后的遥感影像图；
图6是本发明实施例提供的干涉图；
图7是本发明实施例提供的去平后的干涉图；
图8是本发明实施例提供的滤波后的干涉图；
图9是本发明实施例提供的相位解缠图；
图10是本发明实施例提供的沉降监测形变图；
图11是本发明实施例提供的公路沿线沉降监测形变图；
图中：1、影像预处理模块；2、基线估算模块；3、主辅影像配准模块；4、干涉图生成模块；5、去平地效应模块；6、干涉滤波模块；7、相位解缠模块；8、轨道精炼模块；9、相位转形变及地理编码模块；10、公路沿线形变提取模块。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
一、解释说明实施例：
如何快速对公路沿线进行沉降观测，判别公路发生沉陷灾害的可能性是本发明所要解决的技术问题，为此，本发明的目的是通过卫星SAR影像预处理、基线估算、主辅影像配准、干涉图生成、去平地效应、干涉滤波、相位解缠、轨道精炼、相位转形变及地理编码、公路沿线形变提取，提供了一种基于遥感干涉测量的采空区快速探测方法，具体涉及一种基于遥感干涉测量技术的公路沿线采空区快速探测技术。
实施例1
如图1所示，本发明实施例提供的基于遥感干涉测量的采空区快速探测方法包括以下步骤：
Figure 595674DEST_PATH_IMAGE041
，影像预处理：
原始卫星
Figure 168738DEST_PATH_IMAGE008
影像覆盖面积较大，如果直接处理会增加处理时间和引入较大的误差，需要根据公路范围裁剪遥感影像到合适的大小。
Figure 777443DEST_PATH_IMAGE042
，基线估算：
干涉像对的基线，特别是空间垂直基线对平地相位的去除起到至关重要的作用，空间基线过大容易造成干涉图失相干。根据遥感影像轨道参数计算两幅影像的空间基线，判断其是否小于临界基线，只有小于临界基线才可以进行下一步工作。
Figure 777760DEST_PATH_IMAGE043
，主辅影像配准：
先进行粗配准再进行精配准；要想利用遥感
Figure 855437DEST_PATH_IMAGE008
影像进行干涉处理获取地面形变，首要的步骤就是实现主辅影像的精配准。主辅影像的配准精度直接决定能否生成干涉图纹，配准有误差就会产生噪声，影响干涉图的相干性，当配准误差达到一个像素时，就会造成干涉图完全失相干。主辅影像的配准就是以主影像为参考，根据主辅影像每个像元之间的坐标关系通过相干系数法，对辅影像的像元进行方位向和距离向进行重采样，并对辅影像的坐标进行变换，使得辅影像与主影像的像元对齐。一般先进行粗配准再进行精配准。粗配准利用卫星的轨道数据来选取少许（大于等于3）的特征点来计算辅影像像元相对于主影像像元的偏移量。精配准在粗配准的基础之上采用相干系数法提取主辅影像的同名点，计算这些同名点的偏差，并表示为主影像坐标的函数关系式，利用这一关系对辅影像进行重采样。一般要求精配准的误差不能超过1/10个像元。
Figure 481460DEST_PATH_IMAGE044
，干涉图生成：
形变前后的两幅
Figure 695403DEST_PATH_IMAGE008
影像经过精配准，达到配准的精度要求就可以进行两幅影像的共轭相乘，得到条纹相间的干涉图纹理。为了判断干涉图的相干性还需要进行相干性计算，得到相干性系数图，表示干涉像对的干涉质量。
Figure 132201DEST_PATH_IMAGE045
，去平地效应：
在参考椭球面上高程不变的平地引起的干涉图纹在距离向和方位向呈现重复性变化的现象称为平地效应。由于平地效应的影响，使得干涉图纹变得密集而且覆盖了地形变化引起的相位。必须去除平地相位才能得到精确的地形信息，一般采用参考椭球和基线模型模拟平地相位，得到去除的目的。
Figure 680863DEST_PATH_IMAGE046
，干涉滤波：
由于
Figure 330150DEST_PATH_IMAGE008
图像本生的斑点噪声以及受到失相关的影响，会使得干涉图不清晰。噪声的来源和形成机理不同一般消除噪声的方法也不一样。总体分为前置滤波和后置滤波两部分，前置滤波指对干涉前的
Figure 929758DEST_PATH_IMAGE008
影像进行滤波处理，而后置滤波指的是对干涉图进行滤波处理。前置滤波又分为距离向滤波和方位向滤波。后置滤波有均值滤波、中值滤波和
Figure 527005DEST_PATH_IMAGE009
方法等。
Figure 313695DEST_PATH_IMAGE047
，相位解缠：
相位解缠是整个干涉处理中重要的一环，解缠结果的好坏直接影像最后形变结果的精度。相位值是通过
Figure 15941DEST_PATH_IMAGE008
主辅影像共轭相乘得到的，其干涉相位丢失了
Figure 470056DEST_PATH_IMAGE010
的整数倍，造成了相位的解缠，因此只有还原这些解缠的相位，才能更好的反演地表的形变。目前比较经典的解缠算法有枝切树法、最小二乘法、网络流法及最小费用流法等。
Figure 983077DEST_PATH_IMAGE048
，轨道精炼：
为了消除干涉图中可能存在的轨道误差，需要对解缠后的干涉图进行轨道精炼处理。采用多项式精细化方法通过选取地面控制点进行轨道精炼。
Figure 506331DEST_PATH_IMAGE049
，相位转形变及地理编码：
用于将经过滤波以及解缠后的形变相位转换为形变值；然后通过地理编码将SAR斜距坐标系下的形变数据转换到地理坐标系下。
Figure 28579DEST_PATH_IMAGE050
，公路沿线形变提取：
更换公路路线分布矢量，利用
Figure 71622DEST_PATH_IMAGE040
空间分析提取公路路域范围内的形变结果。
实施例2
基于本发明实施例提供的基于遥感干涉测量的采空区快速探测方法，进一步地，在步骤
Figure 21123DEST_PATH_IMAGE043
中，利用两景
Figure 766094DEST_PATH_IMAGE008
影像进行干涉处理，再利用外部高精度的数字高程模型模拟的地形相位可以探测地表厘米级甚至毫米级的形变。
所述主辅影像配准包括：
（1）主辅影像的配准：以主影像为参考，根据主辅影像每个像元之间的坐标关系通过相干系数法对辅影像的像元进行方位向和距离向进行重采样，并对辅影像的坐标进行变换，使得辅影像与主影像的像元对齐；
（2）进行粗配准与精配准，粗配准利用卫星的轨道数据选取少许的特征点计算辅影像像元相对于主影像像元的偏移量；精配准在粗配准的基础上采用相干系数法提取主辅影像的同名点，计算上述同名点的偏差，并表示为主影像坐标的函数关系式，如下所示，利用所述函数关系式对辅影像进行从采样。
Figure 92033DEST_PATH_IMAGE003
Figure 989582DEST_PATH_IMAGE004
其中，
Figure 359253DEST_PATH_IMAGE005
为拟合参数，
Figure 607831DEST_PATH_IMAGE006
为主影像中控制点坐标，
Figure 471882DEST_PATH_IMAGE007
为辅影像中与控制点对应的坐标。
实施例3
基于本发明实施例提供的基于遥感干涉测量的采空区快速探测方法，进一步地，在步骤
Figure 473205DEST_PATH_IMAGE048
中，所述轨道精炼包括：对解缠后的干涉图进行轨道精炼处理，采用多项式精细化方法通过选取地面控制点进行轨道精炼；二次多项式为：
Figure 764509DEST_PATH_IMAGE011
式中，
Figure 500384DEST_PATH_IMAGE012
为拟合相位，
Figure 886235DEST_PATH_IMAGE013
为根据
Figure 23955DEST_PATH_IMAGE014
计算得到的系数，
Figure 486160DEST_PATH_IMAGE015
为
Figure 427440DEST_PATH_IMAGE014
距离向坐标，
Figure 898873DEST_PATH_IMAGE016
为
Figure 625521DEST_PATH_IMAGE014
方位向坐标。
所述相位转形变及地理编码包括：将经过滤波以及解缠后的形变相位转换为形变值；然后通过地理编码将SAR斜距坐标系下的形变数据转换到地理坐标系下。
实施例4
基于本发明实施例提供的基于遥感干涉测量的采空区快速探测方法，进一步地，在步骤
Figure 236456DEST_PATH_IMAGE049
中，干涉相位是两次雷达成像时天线分别到监测的地面目标点的斜距的函数，在这两次成像期间如果地面目标点发生了形变干涉相位就会有形变相位的作用，电磁波在大气中传播会有大气延迟的作用。此时的干涉相位
Figure 946923DEST_PATH_IMAGE017
是由地形相
Figure 690888DEST_PATH_IMAGE018
、平地相位
Figure 521310DEST_PATH_IMAGE019
、地表形变相位
Figure 590897DEST_PATH_IMAGE020
、大气延迟相位
Figure 257502DEST_PATH_IMAGE021
和噪声
Figure 320005DEST_PATH_IMAGE022
构成：
Figure 21244DEST_PATH_IMAGE023
Figure 730574DEST_PATH_IMAGE024
Figure 399322DEST_PATH_IMAGE025
（
Figure 750669DEST_PATH_IMAGE026
）
Figure 306415DEST_PATH_IMAGE027
Figure 435914DEST_PATH_IMAGE028
Figure 342690DEST_PATH_IMAGE029
Figure 232149DEST_PATH_IMAGE030
通过滤波的方法进行削弱，成像期间地面发生的形变
Figure 891669DEST_PATH_IMAGE031
为：
Figure 208381DEST_PATH_IMAGE032
Figure 602453DEST_PATH_IMAGE033
表示第一次成像时雷达天线到地面观测点
Figure 279291DEST_PATH_IMAGE034
的斜距；
Figure 75209DEST_PATH_IMAGE035
表示卫星第一次成像时的高程；
Figure 297243DEST_PATH_IMAGE036
表示
Figure 162299DEST_PATH_IMAGE008
雷达两次成像时多普勒中心连线的距离，称为空间基线；
Figure 393561DEST_PATH_IMAGE037
是空间基线
Figure 778406DEST_PATH_IMAGE036
与水平方向线之间的倾角；
Figure 957626DEST_PATH_IMAGE038
表示第一次观测目标点
Figure 60711DEST_PATH_IMAGE034
的侧视角；
Figure 95664DEST_PATH_IMAGE039
为地面点
Figure 584283DEST_PATH_IMAGE034
的高程；
所述公路沿线形变提取包括：更换公路路线分布矢量，利用
Figure 413698DEST_PATH_IMAGE040
空间分析提取公路路域范围内的形变结果。
实施例5
如图2所示，本发明实施例提供的基于遥感干涉测量的采空区快速探测系统包括：
影像预处理模块1：用于根据公路范围裁剪遥感影像到合适的大小。
基线估算模块2：用于根据遥感影像轨道参数计算两幅影像的空间基线，判断其是否小于临界基线，只有小于临界基线才可以进行下一步工作。
主辅影像配准模块3，用于先进行粗配准再进行精配准。精配准在粗配准的基础之上采用一定的算法提取主辅影像的同名点，计算这些同名点的偏差，并表示为主影像坐标的函数关系式，利用这一关系对辅影像进行从采样。
干涉图生成模块4，用于形变前后的两幅
Figure 4080DEST_PATH_IMAGE008
影像经过精配准，达到配准的精度要求就进行两幅影像的共轭相乘，得到条纹相间的干涉图纹理。对获得的干涉图进行相干性计算，得到相干性系数图，该相干性系数图用于表示干涉相对的干涉质量。
去平地效应模块5，用于采用参考椭球和基线模型模拟平地相位去除平地效应。
干涉滤波模块6，用于通过前置滤波指对干涉前的
Figure 826411DEST_PATH_IMAGE008
影像进行滤波处理，而后置滤波指的是对干涉图进行滤波处理。前置滤波又分为距离向滤波和方位向滤波。后置滤波有均值滤波、中值滤波和
Figure 451427DEST_PATH_IMAGE009
方法。
相位解缠模块7，用于通过枝切树法、最小二乘法、网络流法及最小费用流法对涉相位丢失
Figure 451744DEST_PATH_IMAGE010
的整数倍的相位值还原缠绕的相位，反演地表的形变。
轨道精炼模块8，用于消除干涉图中可能存在的轨道误差，对解缠后的干涉图进行轨道精炼处理。采用多项式精细化方法通过选取地面控制点进行轨道精炼。
相位转形变及地理编码模块9，用于将经过滤波以及解缠后的形变相位转换为形变值；然后通过地理编码将SAR斜距坐标系下的形变数据转换到地理坐标系下。
公路沿线形变提取模块10，用于将公路走线矢量与形变结果做
Figure 513110DEST_PATH_IMAGE040
空间分析，提取公路沿线形变图，直观判断其是否位于采空区。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
上述装置/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，其具体功能及带来的技术效果，具体可参见方法实施例部分，此处不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
二、应用实施例：
应用例1
本发明应用实施例还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括：至少一个处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述至少一个处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意各个方法实施例中的步骤。
应用例2
本发明应用实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时可实现上述各个方法实施例中的步骤。
应用例3
本发明应用实施例还提供了一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施如上述各方法实施例中的步骤，所述信息数据处理终端不限于手机、电脑、交换机。
应用例4
本发明应用实施例还提供了一种服务器，所述服务器用于实现于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施如上述各方法实施例中的步骤。
应用例5
本发明应用实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在电子设备上运行时，使得电子设备执行时可实现上述各个方法实施例中的步骤。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质至少可以包括：能够将计算机程序代码携带到拍照装置/终端设备的任何实体或装置、记录介质、计算机存储器、只读存储器、随机存取存储器、电载波信号、电信信号以及软件分发介质。例如U盘、移动硬盘、磁碟或者光盘等。
三、实施例相关效果的实验证据：
如图3所示，本发明实施例提供的遥感干涉测量模型，包括：对覆盖地球表面同一地区的主辅两幅
Figure 624286DEST_PATH_IMAGE008
影像的相位信息进行干涉处理，然后通过一系列的数学运算来提取地球表面高程变化信息。
如图4所示，本发明实施例提供的基于遥感干涉测量的采空区快速探测方法包括以下步骤：
步骤1：本实验一景卫星遥感数据覆盖的范围是
Figure 838229DEST_PATH_IMAGE051
，直接对其进行处理会引入较大的误差，需要将其裁剪到合适的大小，裁剪后的多视强度图见图5。
步骤2：干涉像对的基线，特别是空间垂直基线对平地相位的去除起到至关重要的作用。本实验基于轨道参数方法对干涉像对进行基线估算，估算结果如下：
表1基线估算结果
Figure 258715DEST_PATH_IMAGE052
步骤3：主辅影像的精度配准直接决定能否生成干涉图纹，配准有误差就会产生噪声，影响干涉图的相干性，当配准误差达到一个像素时，就会造成干涉图完全失相干。主辅影像的配准就是以主影像为参考，根据主辅影像每个像元之间的坐标关系通过相干系数法，对辅影像的像元进行方位向和距离向进行重采样，并对辅影像的坐标进行变换，使得辅影像与主影像的像元对齐。本实验精配准采用交叉相关性方法对
Figure 823689DEST_PATH_IMAGE008
数据进行处理配准结果误差在1/10个像元之内。
步骤4：主辅影像经过配准后进行共轭相乘生成差分干涉图，干涉图如图6。
步骤5：用
Figure 738555DEST_PATH_IMAGE053
数据，模拟地形相位，从而去除地形相位，得到去平后的差分干涉图，如图7。
步骤6：去平地相位后的差分干涉图存在有相位噪声，而滤波的目的就是减少相位噪声，本实验采用的滤波方法是
Figure 321852DEST_PATH_IMAGE054
—“枝切”—算法。这种滤波方法运用可变的滤波器，可以提高干涉条纹的清晰度，减少干涉相对失相干造成的噪声，滤波后干涉图如图8。
步骤7：相位解缠是整个干涉处理中重要的一环，解缠结果的好坏直接影像最后形变结果的精度。相位值是通过
Figure 929551DEST_PATH_IMAGE008
主辅影像共轭相乘得到的，其干涉相位丢失了
Figure 450662DEST_PATH_IMAGE010
的整数倍，造成了相位的缠绕，因此只有还原这些缠绕的相位，才能更好的反演地表的形变。本实验利用最小费用流法
Figure 418487DEST_PATH_IMAGE055
，相干性阈值设置为0.35，对滤波后的干涉相位进行解缠，这种方法掩膜处理相干性小于阈值的像元，对于有大面积的低相干区域时，可以取得更好的解缠效果。相位解缠图如图9。
步骤8：为了消除干涉图中可能存在的轨道误差，需要对解缠后的干涉图进行轨道精炼处理。本实验采用多项式精细化方法通过选取地面控制点进行轨道精炼。本发明沿某市主城区道路选取干涉图中相干性高的
Figure 872602DEST_PATH_IMAGE056
点进行轨道精炼，选择轨道精炼模型为二次多项式，表达式为：
Figure 385623DEST_PATH_IMAGE011
式中，
Figure 908877DEST_PATH_IMAGE012
为拟合相位，
Figure 165546DEST_PATH_IMAGE013
为根据
Figure 474168DEST_PATH_IMAGE014
计算得到的系数，
Figure 237436DEST_PATH_IMAGE015
为
Figure 998718DEST_PATH_IMAGE014
距离向坐标，
Figure 59078DEST_PATH_IMAGE016
为
Figure 471474DEST_PATH_IMAGE014
方位向坐标。
轨道精炼结果见表2所示。
表2轨道精炼结果
Figure 326297DEST_PATH_IMAGE057
步骤9：据干涉相位与形变相位之间的关系估算形变相位，此时的坐标系还是斜距坐标系。要利用轨道数据以及控制点数据等对这一坐标系进行地理编码，即实现斜距坐标系到地理坐标系的转换。经过地理编码后得到各期形变结果，见图10所示。
步骤10：将公路走线矢量与步骤9的形变结果做
Figure 309297DEST_PATH_IMAGE040
空间分析，提取公路沿线形变图，直观判断其是否位于采空区。见图11所示。
以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于遥感干涉测量的采空区快速探测方法，其特征在于，该方法包括：
通过影像预处理、基线估算、主辅影像配准、干涉图生成、去平地效应、干涉滤波、相位解缠、轨道精炼、相位转形变及地理编码、公路沿线形变提取，提取公路沿线形变图；
根据所述公路沿线形变图对公路沿线进行沉降探测，判别公路发生沉陷位置是否位于采空区。
2.根据权利要求1所述的基于遥感干涉测量的采空区快速探测方法，其特征在于，所述影像预处理包括：根据公路范围对原始卫星
Figure 297985DEST_PATH_IMAGE001
影像进行裁剪；
所述基线估算包括：根据遥感影像轨道参数，计算两幅影像的空间基线，判断其是否小于临界基线。
3.根据权利要求1所述的基于遥感干涉测量的采空区快速探测方法，其特征在于，所述主辅影像配准包括：
（1）以主影像为参考，根据主辅影像每个像元之间的坐标关系，通过相干系数法对辅影像的像元进行方位向和距离向重采样，并对辅影像的坐标进行变换，使得辅影像与主影像的像元对齐；
（2）进行粗配准与精配准，粗配准利用卫星的轨道数据选取大于等于3个特征点计算辅影像像元相对于主影像像元的偏移量；精配准在粗配准的基础上按照相干系数法提取主辅影像的同名点，计算上述同名点的偏差，并表示为主影像坐标的函数关系式，利用函数关系式对辅影像进行重采样；该主影像坐标的函数关系式表示为：
Figure 667656DEST_PATH_IMAGE002
Figure 916234DEST_PATH_IMAGE003
其中，
Figure 514706DEST_PATH_IMAGE004
为拟合参数，
Figure 787467DEST_PATH_IMAGE005
为主影像中控制点坐标，
Figure 813192DEST_PATH_IMAGE006
为辅影像中与控制点对应的坐标。
4.根据权利要求1所述的基于遥感干涉测量的采空区快速探测方法，其特征在于，所述干涉图生成包括：形变前后的两幅
Figure 283488DEST_PATH_IMAGE007
影像经过精配准，配准精度达到1/10个像元；然后进行两幅影像的共轭相乘，得到条纹相间的干涉图纹理；对获得的干涉图进行相干性计算，得到相干性系数图，该相干性系数图用于表示干涉像对的干涉质量。
5.根据权利要求1所述的基于遥感干涉测量的采空区快速探测方法，其特征在于，所述去平地效应包括：采用参考椭球和基线模型模拟平地相位，去除平地效应；
所述干涉滤波包括：通过前置滤波对干涉前的
Figure 934918DEST_PATH_IMAGE007
影像进行滤波处理，通过后置滤波对干涉图进行滤波处理；前置滤波采用距离向滤波和方位向滤波；后置滤波采用均值滤波、中值滤波和
Figure 72638DEST_PATH_IMAGE008
方法滤波。
6.根据权利要求1所述的基于遥感干涉测量的采空区快速探测方法，其特征在于，所述相位解缠包括：对干涉相位丢失了
Figure 269264DEST_PATH_IMAGE009
的整数倍的相位值，采用解缠算法、枝切树法、最小二乘法、网络流法及最小费用流法进行相位的解缠，反演地表的形变。
7.根据权利要求1所述的基于遥感干涉测量的采空区快速探测方法，其特征在于，所述轨道精炼包括：对解缠后的干涉图进行轨道精炼处理，采用多项式精细化方法通过选取地面控制点进行轨道精炼；二次多项式为：
Figure 741703DEST_PATH_IMAGE010
式中，
Figure 947556DEST_PATH_IMAGE011
为拟合相位，
Figure 674204DEST_PATH_IMAGE012
为根据
Figure 556578DEST_PATH_IMAGE013
计算得到的系数，
Figure 267045DEST_PATH_IMAGE014
为
Figure 11010DEST_PATH_IMAGE013
距离向坐标，
Figure 857743DEST_PATH_IMAGE015
为
Figure 645440DEST_PATH_IMAGE013
方位向坐标；
所述相位转形变及地理编码包括：将经过滤波以及解缠后的形变相位转换为形变值；然后通过地理编码将SAR斜距坐标系下的形变数据转换到地理坐标系下；
干涉相位是两次雷达成像时天线分别到监测的地面目标点的斜距的函数，在这两次成像期间如果地面目标点发生了形变，相位就会有形变相位的作用，电磁波在大气中传播会有大气延迟的作用，此时的干涉相位
Figure 843203DEST_PATH_IMAGE016
由地形相
Figure 125280DEST_PATH_IMAGE017
、平地相位
Figure 341366DEST_PATH_IMAGE018
、地表形变相位
Figure 316275DEST_PATH_IMAGE019
、大气延迟相位
Figure 735756DEST_PATH_IMAGE020
和噪声
Figure 336370DEST_PATH_IMAGE021
构成，表达式为：
Figure 892116DEST_PATH_IMAGE022
Figure 37927DEST_PATH_IMAGE023
Figure 193971DEST_PATH_IMAGE024
（
Figure 817850DEST_PATH_IMAGE025
）
Figure 759261DEST_PATH_IMAGE026
Figure 319381DEST_PATH_IMAGE027
Figure 447874DEST_PATH_IMAGE028
Figure 141024DEST_PATH_IMAGE029
通过滤波的方法进行削弱，成像期间地面发生的形变
Figure 655050DEST_PATH_IMAGE030
为：
Figure 408243DEST_PATH_IMAGE031
Figure 24032DEST_PATH_IMAGE032
表示第一次成像时雷达天线到地面观测点
Figure 504561DEST_PATH_IMAGE033
的斜距；
Figure 154985DEST_PATH_IMAGE034
表示卫星第一次成像时的高程；
Figure 547920DEST_PATH_IMAGE035
表示
Figure 900273DEST_PATH_IMAGE007
雷达两次成像时多普勒中心连线的距离，称为空间基线；
Figure 935225DEST_PATH_IMAGE036
是空间基线
Figure 705735DEST_PATH_IMAGE035
与水平方向线之间的倾角；
Figure 269571DEST_PATH_IMAGE037
表示第一次观测目标点
Figure 109220DEST_PATH_IMAGE033
的侧视角；
Figure 947863DEST_PATH_IMAGE038
为地面点
Figure 307301DEST_PATH_IMAGE033
的高程；
所述公路沿线形变提取包括：更换公路路线分布矢量，利用
Figure 556885DEST_PATH_IMAGE039
空间分析提取公路路域范围内的形变结果。
8.一种实现如权利要求1-7任意一项所述基于遥感干涉测量的采空区快速探测方法的系统，其特征在于，该基于遥感干涉测量的采空区快速探测系统包括：
影像预处理模块（1），用于根据公路范围对原始卫星
Figure 837825DEST_PATH_IMAGE007
影像进行裁剪；
基线估算模块（2），用于根据遥感影像轨道参数，计算两幅影像的空间基线，判断其是否小于临界基线；
主辅影像配准模块（3），用于先进行粗配准再进行精配准；
干涉图生成模块（4），用于形变前后的两幅
Figure 463847DEST_PATH_IMAGE007
影像经过精配准，达到配准的精度要求进行两幅影像的共轭相乘，得到条纹相间的干涉图纹理；对获得的干涉图进行相干性计算，得到相干性系数图，该相干性系数图用于表示干涉像对的干涉质量；
去平地效应模块（5），用于采用参考椭球和基线模型模拟平地相位，去除平地效应；
干涉滤波模块（6），用于通过前置滤波对干涉前的
Figure 943370DEST_PATH_IMAGE007
影像进行滤波处理，通过后置滤波对干涉图进行滤波处理；
相位解缠模块（7），用于通过解缠算法、有枝切树法、最小二乘法、网络流法及最小费用流法对干涉相位丢失
Figure 114588DEST_PATH_IMAGE009
的整数倍的相位值还原缠绕的相位，反演地表的形变；
轨道精炼模块（8），用于对解缠后的干涉图进行轨道精炼处理，采用多项式精细化方法通过选取地面控制点进行轨道精炼；
相位转形变及地理编码模块（9），用于将经过滤波以及解缠后的形变相位转换为形变值；然后通过地理编码将SAR斜距坐标系下的形变数据转换到地理坐标系下；
公路沿线形变提取模块（10），用于将公路走线矢量与形变结果做
Figure 663250DEST_PATH_IMAGE039
空间分析，提取公路沿线形变图，直观判断其是否位于采空区。
9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1-7任意一项所述的基于遥感干涉测量的采空区快速探测方法。
10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1-7任意一项所述的基于遥感干涉测量的采空区快速探测方法。
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