CN219914393U - 适于多监测方法的多角度DInSAR角反射器集成装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适于多监测方法的多角度DInSAR角反射器集成装置，包括GNSS接收机、多角度角反射器、支撑柱、水准监测点、太阳能电池板、保护箱和支撑板。所述多角度角反射器包含四个角反射器单元，能够满足不同类型、不同模式SAR卫星拍摄需求，提高了角反射器的通用性；角反射器、GNSS接收机与水准监测点集成在一个装置中，单个装置能够同时满足星载DInSAR、GNSS与水准测量三种监测方法的监测点需求，能实现不同类型监测数据之间的相互精度验证，保障项目成果质量；角反射器、GNSS接收机与水准监测点通过多设备钢管支架固定焊接连接，保证了三种监测方式的监测位置基准的一致性。

Description

适于多监测方法的多角度DInSAR角反射器集成装置

技术领域

本实用新型涉及铁路沉降监测领域，尤其涉及一种适用于铁路沿线区域沉降监测的DInSAR角反射器集成装置。

背景技术

随着我国铁路线的不断延伸，铁路网越织越密，为国家经济建设和便捷人民出行方面做出了重要贡献。然而，由于铁路穿行区域地质条件复杂多样，部分铁路沿线受到区域地质灾害的影响，尤其是京津冀平原区地面沉降地质灾害对多条高铁的安全运营产生重要影响。星载差分干涉测量技术(DInSAR)能够进行地表的大区域、高密度沉降监测，是近些年快速发展起来的一种全新地面沉降监测技术。与常规监测手段相比，它具有高空间分辨率、覆盖范围大以及全天时全天候对地观测等优势，并且能够对大面积区域的形变进行高精度的监测且费用较低，弥补了传统大地测量手段在空间分辨率方面的不足，克服了人力物力成本较高的缺点。

DInSAR技术在广域范围铁路沉降普查中广泛应用，能够对铁路沿线的沉降区域进行有效的识别，监测成果主要以空间维沉降速率为主，应用主要集中于定性评价应用。如何基于DInSAR技术获取高精度的铁路沿线区域的时间序列动态变化情况、DInSAR监测得到的相对沉降结果如何与人工测量绝对监测结果的基准保持统一、DInSAR技术在铁路沿线区域动态监测时，监测结果的绝对精度如何评价等成为DInSAR技术在铁路沿线区域沉降监测应用中亟需解决的问题，需要提出有针对性的解决方案，促进DInSAR技术在铁路工程沿线区域沉降普查监测中的深度应用。

角反射器能够在合成孔径雷达(SAR)影像上表现为强反射点，在植被茂密区域，无强散射体特征区域，基于角反射器的星载DInSAR技术得到了广泛的应用。目前已有的角反射器多为一个朝向，需要根据卫星的升降轨模式以及不同入射角拍摄模式动态调整角反射器的角度；或者固定角度角反射器，只针对特定卫星的单一模式应用，单一朝向设计；另一方面，面向铁路工程区域沉降监测中，缺少将星载DInSAR角反射器、GNSS变形监测设备与水准监测点集成在一起的装置，不能同时满足DInSAR相对沉降结果的基准校正与多种监测方式精度交叉验证的需求。

实用新型内容

为了克服现有铁路工程领域星载DInSAR角反射器装置的不足、保证集成监测装置能够满足多类型、多模式SAR卫星平台监测应用，提高星载DInSAR沉降结果的时序监测精度，实现多种监测方法的交叉验证，解决DInSAR监测结果的绝对精度评价问题，本实用新型提供一种适用于多监测方法的多角度DInSAR角反射器集成装置。

为此，本实用新型采用以下技术方案：

一种适于多监测方法的多角度DInSAR角反射器集成装置，包括GNSS接收机、多角度角反射器、支撑柱、水准监测点、太阳能电池板、保护箱和支撑板，其中：

所述支撑板在地面以上水平固定，所述支撑柱竖直安装在所述支撑板中部；

在所述支撑柱一侧的支撑板上固装所述保护箱，在支撑柱另一侧安装有一支撑架(10)，该支撑架分别与所述保护箱、支撑板及支撑柱焊接，在支撑架的顶部安装所述水准监测点(5)；所述保护箱中设置有为所述GNSS接收机供电的蓄电池以及GNSS接收机控制器；所述水准监测点用于星载InSAR变形监测结果和GNSS变形监测结果的精度交叉验证，水准点的顶部加工成凸起的半球面；

所述GNSS接收机安装在所述支撑柱的顶端，用于接收GPS、北斗和GLONASS信号；

所述多角度角反射器由一正方形的底板和四块相同形状的立板组成，所述支撑柱从所述底板中心垂直穿过并与其固定连接；所述立板为直角三角形，四块立板在所述支撑柱圆周方向均匀分布并位于底板的对角线上，每块立板的两个直角边分别与所述支撑柱和底板固定连接；每两块相邻的立板与其所夹的底板构成一个角反射单元，用于反射星载SAR卫星的微波传输信号，通过微波传输信号的强放射，在SAR影像上形成强散射体；

所述太阳能电池板通过一支架固装在所述支撑柱的下部一侧，用于为所述蓄电池充电，为GNSS接收机供电。

所述支撑板安装在安装座上，所述安装座下部埋入地下，上部高出地面。

优选的是，所述底板和立板均为铝板；所述水准监测点的顶点比所述比所述支撑板高出100mm。所述支撑架为竖直设置的直角三角形，直角三角形的两条直角边分别位于底部和外侧，所述水准监测点安装在位于外侧的直角边的顶部。所述多角度DInSAR角反射器集成装置还包括四根角反射器支撑杆，分别用于对四个角反射器单元的外侧进行支撑。

本实用新型的集成装置主要应用于基于高精度星载InSAR技术开展铁路构筑物及沿线区域沉降监测项目。与现有技术相比，本实用新型的具有以下有益效果：

1.该装置设计合理、稳固，装置中的角反射器包括四个角反射器单元，能够满足不同类型、不同模式SAR卫星的拍摄需求，提高了角反射器的通用性；

能够同时满足同类型合成孔径雷达(SAR)卫星升降轨模式与不同类型SAR卫星的不同入射角拍摄模式的反射需求，不需要在卫星过境时期提前调整反射器的开口方位，减少了外业角反射器调整的工作量。同时，同一个角反射器在不同SAR卫星影像上都能够作为强反射体，对监测项目来说，极大扩展了用于铁路沿线区域沉降监测的数据源，为监测方案的落地实施提供了更有效的数据保障。

2.本实用新型中，星载DInSAR角反射器、GNSS接收机与水准监测点集成于一个装置中，能够同时满足星载DInSAR、GNSS与水准测量三种监测方法的监测点需求，同时获得SAR卫星、GNSS与实测水准测量数据，降低了三类监测点独立布设安装产生的人力物力投入，有效减少了三种监测点独立安装的成本；

3.本实用新型中，角反射器、GNSS接收机与水准监测点通过支架固定焊接，保证了三种监测方式监测位置基准的一致性，保证了SAR卫星、GNSS与实测水准测量数据均为同一个地面点位置，使三种监测方式的位置基准统一，实现了不同类型监测数据之间的相互精度验证，保障了项目成果质量。

4.采用校正后的InSAR沉降结果可以获取铁路线上构筑物的沉降情况，进而不需要人工线上测量铁路构筑物的变形情况，构建新的铁路沉降普查新模式，极大减少人工上线测量的人力物力投入，减少外业作业的安全风险。

附图说明

图1为本实用新型的多角度DInSAR角反射器集成装置的整体结构示意图：

其中：

1.GNSS接收机2.多角度角反射器3.支撑杆4.支撑柱5.水准监测点

6.太阳能电池板7.保护箱8.支撑板9.安装座10.支撑架。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的结构进行详细说明。

参见图1，本实用新型的适用于多监测方法的多角度DInSAR角反射器集成装置包括：GNSS接收机1、多角度角反射器2、支撑柱4、水准监测点5、太阳能电池板6、保护箱7、支撑板8、安装座9。

所述支撑板8在地面以上水平固定，所述支撑柱4竖直安装在所述支撑板8中部；在所述支撑柱4一侧的支撑板8上固装所述保护箱7，在支撑柱4另一侧安装有一支撑架10，该支撑架10分别与所述保护箱7、支撑板8及支撑柱4焊接，在支撑架10的顶部安装所述水准监测点5。水准监测点5的顶点比支撑板8高出100mm。

所述保护箱7中设置有为所述GNSS接收机1供电的蓄电池以及GNSS接收机控制器；所述水准监测点5用于星载InSAR变形监测结果和GNSS变形监测结果的精度交叉验证，水准点的顶部加工成凸起的半球面。

所述GNSS接收机1安装在所述支撑柱4的顶端，用于接收GPS、北斗和GLONASS信号。

所述多角度角反射器2由一正方形的底板和四块相同形状的立板组成，所述支撑柱4从所述底板中心垂直穿过并与其固定连接；所述立板为直角三角形，四块立板在所述支撑柱4圆周方向均匀分布并位于底板的对角线上，每块立板的两个直角边分别与所述支撑柱4和底板固定连接；每两块相邻的立板与其所夹的底板构成一个角反射单元，用于反射星载SAR卫星的微波传输信号，通过微波传输信号的强放射，在SAR影像上形成强散射体；

所述太阳能电池板6通过一支架固装在所述支撑柱4的下部一侧，用于为所述蓄电池充电，为GNSS接收机1供电。

所述支撑板8安装在安装座9上，所述安装座9下部埋入地下，上部高出地面。支撑板8采用铁板。

通过二保焊焊接，将上述接收机GNSS接收机1、反射器2、水准监测点5通过支撑柱4固定在一起，实现了三种监测点的位置基准统一；太阳能电池板6通过三脚架固定，三角架通过抱箍的方式固定在支撑柱4上；保护箱7和支撑板8固定连接，供电线与信号通信线从保护箱的侧边引出，避免顶部引线产生渗水问题。

在本实用新型的一个实施例中：支架4由钢管制成，钢管内部直径为100mm，钢管厚度为3mm；太阳能电池板6的尺寸为800mm*500mm；安装座9由钢筋地笼浇筑混凝土制成，混凝土边界宽度宽出支撑板10mm,混凝土高于周围地面200mm，用于防止保护箱7受积水影响。正方形底板和4个立板均为铝板。底板尺寸为707mm*707mm，厚3mm。立板的尺寸为800mm*500mm*943mm。相邻两立板可以用铝焊方式进行焊接，公共边部分用同一块角铁固定，角铁直接焊接在支撑柱4上，其它类似结构也可按照同样的方式安装固定。

本实用新型一个实施例的集成装置安装过程如下：

(1)车间加工：在车间将角反射器加工成3个部分，每个部分全部焊接好。第一部分包括支撑柱4、多角度角反射器2、支撑杆3、水准监测点5及其支撑架10、支撑板8等；第二部分包括太阳能电池板6及其支撑架；第三部分为安装座9。

(2)现场土建施工：在铁路沿线按一定间隔(例如6km)布设多个角反射器集成装置，在布设位置通过机械设备开挖一个0.5m*0.5m见方，深度为1.5m的坑洞。将焊接好的钢筋地笼放入坑洞，并浇筑混凝土，将地笼坚实固定。

(3)现场组装：先将第一部分与第三部分通过螺丝连接固定，然后将第二部分抱箍在第一部分的支撑柱上，最后将GNSS接收机安装在支撑柱顶端，将保护箱固定在支撑板上。

通过本实用新型的集成装置获取监测数据获取的方法如下：

1)星载SAR传感器对布设角反射器的铁路沿线区域进行定期拍摄，获取监测区域的SAR卫星影像数据，通过影像数据处理，获取每个角反射器监测点的沉降时间序列结果，星载InSAR沉降监测的周期一般为12天；

2)GNSS接收机接通电源后，实时接收卫星GNSS的信号，按照星载InSAR技术的监测频率，每12天获取一个监测结果；

3)采用人工水准测量方式。一般以36天的频率对角反射器集成装置的监测点进行水准测量，每36天获取一个监测结果。

(5)结果交叉验证与基准校正：

通过在铁路沿线均匀布设多个角反射器集成装置，可以对水准、GNSS及星载InSAR的监测数据进行精度的交叉验证，同时可以利用水准测量的高精度绝对监测值与GNSS的高精度时间序列监测值对星载InSAR沉降监测数据进行空间维和时间维的基准校正，满足铁路构筑物本体沉降普查和沿线区域沉降分布普查的应用需求。

Claims (6)

1.一种适于多监测方法的多角度DInSAR角反射器集成装置，其特征在于：包括GNSS接收机(1)、多角度角反射器(2)、支撑柱(4)、水准监测点(5)、太阳能电池板(6)、保护箱(7)和支撑板(8)，其中：

所述支撑板(8)在地面以上水平固定，所述支撑柱(4)竖直安装在所述支撑板(8)中部；

在所述支撑柱(4)一侧的支撑板(8)上固装所述保护箱(7)，在支撑柱(4)另一侧安装有一支撑架(10)，该支撑架(10)分别与所述保护箱(7)、支撑板(8)及支撑柱(4)焊接，在支撑架(10)的顶部安装所述水准监测点(5)；所述保护箱(7)中设置有为所述GNSS接收机(1)供电的蓄电池以及GNSS接收机控制器；所述水准监测点(5)用于星载InSAR变形监测结果和GNSS变形监测结果的精度交叉验证，水准点的顶部加工成凸起的半球面；

所述GNSS接收机(1)安装在所述支撑柱(4)的顶端，用于接收GPS、北斗和GLONASS信号；

所述多角度角反射器(2)由一正方形的底板和四块相同形状的立板组成，所述支撑柱(4)从所述底板中心垂直穿过并与其固定连接；所述立板为直角三角形，四块立板在所述支撑柱(4)圆周方向均匀分布并位于底板的对角线上，每块立板的两个直角边分别与所述支撑柱(4)和底板固定连接；每两块相邻的立板与其所夹的底板构成一个角反射单元，用于反射星载SAR卫星的微波传输信号，通过微波传输信号的强放射，在SAR影像上形成强散射体；

所述太阳能电池板(6)通过一支架固装在所述支撑柱(4)的下部一侧，用于为所述蓄电池充电，为GNSS接收机(1)供电。

2.根据权利要求1所述的多角度DInSAR角反射器集成装置，其特征在于：所述支撑板(8)安装在安装座(9)上，所述安装座(9)下部埋入地下，上部高出地面。

3.根据权利要求1所述的多角度DInSAR角反射器集成装置，其特征在于：所述底板和立板均为铝板。

4.根据权利要求1所述的多角度DInSAR角反射器集成装置，其特征在于：所述水准监测点(5)的顶点比所述支撑板(8)高出100mm。

5.根据权利要求1所述的多角度DInSAR角反射器集成装置，其特征在于：所述支撑架(10)为竖直设置的直角三角形，直角三角形的两条直角边分别位于底部和外侧，所述水准监测点(5)安装在位于外侧的直角边的顶部。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的多角度DInSAR角反射器集成装置，其特征在于：还包括四根角反射器支撑杆(3)，分别用于对四个角反射器单元的外侧进行支撑。