[發明專利]一種高速鐵路沿線地表形變高分辨率InSAR監測方法

有效

• 申請號: 201410351232.1
• 申請日: 2014-07-23
• 公開（公告）號: CN104111456B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 葛大慶;張玲;李曼;劉斌;郭小方
• 申請（專利權）人: 中國國土資源航空物探遙感中心
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司11232
• 代理人: 王順榮,唐愛華

技術領域

本發明涉及一種高速鐵路沿線地表形變高分辨率InSAR監測方法，屬于合成孔徑雷達干涉測量技術(InSAR)領域。它能夠有效地解決高分辨率SAR單軌影像無法完整覆蓋研究區，以及高速鐵路路基沉降與區域地面沉降的識別和分離等問題，可以大大提升我國高速鐵路地表形變InSAR精細監測水平。

背景技術

雷達干涉測量技術研究的核心目標是測量地物高程(地形測圖)和反演雷達視線方向上的形變量等參數。以往InSAR技術多以中等分辨率(空間分辨率為20-30m)雷達數據為主，如ERS、ENVISAT、ALOS和RADARSAT等，其測量結果是分辨率單元內若干個散射體的綜合，因而從精細程度上難以實現對大型工程、獨立構(建)筑物等地物局部精細測量。相對于中等分辨率SAR而言，高分辨率InSAR是指利用高分辨率(1-3m，如TerraSAR-X、Cosmo-skymed)雷達衛星數據開展地表形變精細監測的InSAR技術，適用于大型構建筑物和典型地物目標的精細監測，極大地拓展了InSAR技術的應用范圍。

對于高速鐵路形變監測，中等分辨率InSAR監測結果僅能夠準確反映區域地表變形場的分布特征，由于受到分辨率的限制，難以實現目標準確定位，因此對于高速鐵路路基、軌道及其附屬物等穩定程度的監測精細程度不足。而高分辨率InSAR技術有利于直接提取單個目標的干涉相位，能夠提供對工程體和周圍環境的共同監測，易于分辨環境變化對工程體的影響。目前，針對高速鐵路的高分辨率InSAR形變精細監測技術亟待解決以下難點。

(1)無論求解高程或者形變量，必須的步驟是相位解纏，這一步驟在差分干涉處理中稱為解纏，而在時序分析方法中則稱為參數估計，其實質是求解纏繞相位的整周數，基本過程是求解相鄰點間的相位差，然后按照特定的路徑或網絡以一定的約束條件進行積分，求解觀測范圍整體的解纏相位，進而反演形變場或高程。相位解纏的前提是干涉圖連續分布且變化平緩，滿足相位差小于π的約束條件，整個相位場為無旋場，解纏結果不隨路徑而變。而實際上干涉圖受噪聲或不連續相位(如不連續的陡坡)的影響，難以滿足解纏條件，因而需要按照給定路徑求解后再進行連接。由于缺少高分辨率的DEM數據，高分辨率條件下地物高程所引起的相位變化類似于非連續的陡坡相位，這種條紋密度會隨基線的增大而密集，增大了相位解纏的難度，且存在與形變混合的可能。因而，如何利用高分辨率SAR數據同時解算高程和形變相位，提高形變量估計的精度是高分辨率InSAR應用面臨的主要難題。

(2)高速鐵路的分布和走向不規則，往往地跨雷達數據數個軌道、多個圖幅。以目前在軌的高分辨率SAR衛星為例，其掃描成像覆蓋范圍為30-50km。只有利用相鄰平行軌道高分辨率InSAR聯合觀測才能實現高速鐵路的完整覆蓋監測，這涉及到多個相鄰軌道高分辨率InSAR觀測結果的集成問題，也就是多個軌道處理結果坐標系和參考基準的統一問題。

(3)受自然和人為因素的影響，高速鐵路沿線不可避免的會出現地面沉降；同時，列車的高速運行及其震動對路基和橋梁產生的壓力會引起路基、橋梁等構筑物的垂向變形。這些因素的共同作用所產生的差異性沉降直接影響著高速列車的運行安全，因此，有效區分高鐵沿線區域性地面沉降和鐵路橋梁本身的沉降對于工程應用而言意義重大。中等分辨率InSAR區域性沉降監測能準確提取線路周邊沉降區和漏斗，明確沿線主要沉降區的分布。針對高鐵沿線差異性沉降，需研究高分辨率InSAR監測結果中路基沉降和區域地面沉降的識別與分離。解決這一問題的關鍵在于如何利用高分辨率InSAR有效提取鐵路線上目標形變量和線路周邊其它地物的形變量。

本發明針對高分辨率InSAR精細監測高速鐵路形變所面臨的難點，提供一種解決高速鐵路沿線地表形變的精細監測方法。

發明內容

1.目的：本發明的目的是提供一種高速鐵路沿線地表形變高分辨率InSAR監測方法。它能夠有效地解決高分辨率InSAR完整覆蓋監測高速鐵路，以及高速鐵路路基沉降與區域地面沉降的識別和分離等問題，可以大大提升我國高速鐵路地表形變InSAR精細監測水平。

2.技術方案：本發明是一種高速鐵路沿線地表形變高分辨率InSAR監測方法，該方法具體步驟如下：

步驟一：高分辨率SAR數據選取