[發明專利]一種基于車載InSAR的道路邊坡形變檢測系統及方法

在審

• 申請號: 201711161130.3
• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號: CN107918127A
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 潘斌
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01B7/16
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 魯力

技術領域

本發明涉及地表形變檢測領域，特別是涉及一種道路邊坡的形變檢測系統及方法。

背景技術

道路邊坡的形變可能會造成塌方，引起道路阻塞，如果形變導致突發塌方還可能會引發交通事故，特別是我國東南沿海地區，由于經常受到臺風影響，災害天氣影響前后的形變監測變得非常重要和緊迫。目前的形變檢測采用的主要是利用GNSS技術、測量機器人等常規測量設備進行外部監測，或者埋設一些內觀設備，目前這些技術在不斷的進行試驗和應用。但是由于其前期建設和后期維護成本高昂，并且內觀設備一旦失靈，就很難繼續監測，這些技術的推廣和應用受到了極大的制約。InSAR技術在地表微小形變檢測方面達到了厘米甚至毫米級的精度，成為當前地表形變檢測的重要手段之一，其中基于星載的InSAR技術在道路形變監測方面也進行了一些應用，但是遠遠不能滿足道路邊坡形變災害監測的需要。第一，數據源問題。利用高分辨率星載SAR數據進行InSAR形變監測，通常需要多景數據，特別對于道路系統條帶狀的監測范圍，由于存在著條帶區域與影像范圍占比小的矛盾，數據利用率非常低，導致數據成本急速加劇；第二，時間分辨率問題。道路邊坡的形變與惡劣天氣有較大的相關性，通常需要根據天氣狀況確定監測時間，但是星載平臺有固定的運行周期，很難滿足災害監測數據采集的時間要求，并且無法滿足監測頻率的變化要求；第三，時間去相干問題。星載InSAR大部分采用重軌干涉模式，這種模式需要利用不同時間的兩次成像進行干涉處理，而時間差會產生時間去相干問題，影響數據處理的效果和結果；第四，大氣影響。星載InSAR進行干涉測量數據采集時，不同時間采集的大氣條件也不同，而不同的大氣條件對InAR數據處理產生一定的誤差，影響最終的形變結果精度。

本發明提出一種利用車載雙天線InSAR技術進行沿路邊坡形變監測方法，該方法能夠解決目前InSAR技術在道路形變監測中的存在的主要問題，在保持InSAR高精度形變檢測優勢的前提下，克服地基SAR觀測區域局限以及機載InSAR高風險問題，提高了監測靈活性，降低了監測成本。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種道路邊坡形變檢測的方法，能夠方便、高效解決道路邊坡微小形變檢測問題。不同于以往利用InSAR進行形變檢測的方法，本發明將常規的自上向側下的InSAR數據采集模式改變為由下向側上方數據采集模式，相應的數據采集和數據處理方法也發生變化，每次采集時，雙天線同時獲取一對圖像，避免了目標的時間去相干影響；本發明避免了常規InSAR自上向下的成像模式導致的樹木遮擋產生的目標相干性降低問題；本發明采用的成像模式，入射角變小，對SAR成像更有利，能夠更好地獲取邊坡表面形變；本發明使用車輛作為InSAR平臺，可以根據需要隨時采集數據，解決了常規InSAR的數據源問題和時間分辨率問題；另外，本發明通過設計不同的采集路線，減少InSAR數據處理中多個因素的影響，降低InSAR數據處理的難度，提高數據處理精度和效率；而且本發明由于成像距離短，大氣影響可以忽略不計，消除了InSAR數據處理中大氣誤差影響。

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：

一種基于車載InSAR的道路邊坡形變檢測系統，其特征在于，包括一個數據獲取平臺：該平臺安裝在車輛頂端，包括一個雙天線InSAR系統，兩個天線垂直上下排列，排列方向與路面垂直，天線之間相隔設定距離；雙天線形成的天線面能夠進行方向調整；還包括一套用于平臺的姿態測量的POS系統，姿態數據用于后續的SAR成像及InSAR數據處理，平臺還包括供電系統及用于平臺穩定的輔助設施。具體設備包括：GPS天線一個，POS一臺，SAR主機一臺，SAR天線兩個，POS和SAR主機電源系統兩套。連接方式如下：GPS天線通過信號分離器分別接入POS和SAR主機，利用該天線接收的信號進行定位和時間同步；兩個SAR天線連接到SAR主機，并且，POS和SAR天線形成剛性連接關系。兩套電源系統分別與POS和SAR主機相連，為其供電。

一種基于車載InSAR的道路邊坡形變檢測方法，其特征在于，包括一種數據獲取方式：平臺通過支架安裝在汽車頂端，車載平臺沿邊坡一側道路行駛，將SAR天線指向道路邊坡一側，向道路側方邊坡發射微波，用于收集邊坡的回波。根據邊坡的范圍調節SAR的高度及天線面的方向，使波束向車輛側上方發射和接收，覆蓋待測邊坡區域。如果道路較窄，則車載平臺沿邊坡對向的車道行駛，以增大成像距離。利用該數據獲取方式可實現任意時刻道路邊坡的相對形變檢測，為道路安全管理提供科學的數據。

一種基于車載InSAR的道路邊坡形變檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：