[發明專利]基于PS-InSAR技術的橋梁永久形變分析方法

有效

• 申請號: 201811469657.7
• 申請日: 2018-11-27
• 公開（公告）號: CN109471107B
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 張華;戴進;潘軍;趙冰;李清鑫;鄒輝
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 北京東方昭陽知識產權代理事務所(普通合伙) 11599
• 代理人: 呂玉健

本發明公開了一種基于PS?InSAR技術的橋梁永久形變分析方法，根據不同天氣模式下的橋梁活載(溫度荷載、隨機車流荷載)統計規律，通過在目標橋梁形變關鍵點上設置人工PS點，利用蒙特卡羅法?有限元模擬技術，以此給出目標橋梁形變關鍵點在不同天氣模式下的隨機形變值時空矩陣。進而根據衛星拍攝SAR影像的時刻，匹配對應天氣模式下的隨機形變值時空矩陣，得到主、從SAR圖像干涉過程中由橋梁活載變化引起的隨機形變差值，從而從基于PS?InSAR技術提取的形變信息中剔除這種隨機形變差值，得到橋梁的永久形變，為橋梁的健康安全提供了有力的數據支撐。

技術領域

本發明涉及橋梁監測技術領域，尤其涉及一種基于PS-InSAR技術的橋梁永久形變分析方法。

背景技術

橋梁是保障公路和鐵路暢通的紐帶，是陸上交通的咽喉，在經濟及社會生活中起著舉足輕重的作用。我國是橋梁大國，現有橋梁73.5萬座，對已建橋梁的監測和養護管理工作任務在逐漸加重。根據2008年中國交通年鑒，全國的危橋數量共約為98623座，長度約為3068.7萬米，危橋百分比約為17.3％，在發生病害的橋梁中公路橋梁占有很大的比例。

為保障橋梁正常運營，避免人生傷亡和財產損失，對現役橋梁的損傷程度和承載能力給出正確的評價，是當前非常緊迫而必要的任務。目前，越來越多的橋梁上開始安裝健康監測系統，以期通過對橋梁的實時或定期監測，再根據監測結果對橋梁的健康狀況作出評估，并采取相應的維修養護措施，達到防微杜漸、避免重大損失的目的。然而，傳統的橋梁安全監測手段主要以人工對單個橋梁進行現場測量為主，通常需要封路封橋，影響了橋梁的正常運營，而且在特殊地區、特殊氣候下實施難度大，從而影響的監測的實時性。

很多橋梁事故與缺乏有效的監測措施有關，因此，對破壞后果嚴重的重點橋梁應當建立行之有效的監測系統，做好監測與設計、施工、勘察的動態互補，以監測與勘查指導設計、施工，確保橋梁的正常運營有著重要的意義。本發明正是基于上述研究背景而提出，旨在提高橋梁形變監測的準確性和可靠性。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于PS-InSAR技術的橋梁永久形變分析方法，橋梁的永久形變是橋梁健康狀況評價的重要參數，是橋梁健康監測的重要指標。橋梁的永久形變是指由結構損傷，地面沉降，索力松弛，混凝土收縮、徐變引起的橋梁形變。根據不同天氣模式下的橋梁活載(溫度荷載、隨機車流荷載)統計規律，通過在目標橋梁形變關鍵點上設置人工PS點，利用蒙特卡羅法-有限元模擬技術，以此給出目標橋梁形變關鍵點在不同天氣模式下的隨機形變值時空矩陣。進而根據衛星拍攝SAR影像的時刻，匹配對應天氣模式下的隨機形變值時空矩陣，可以得到主、從SAR圖像干涉過程中由橋梁活載變化引起的隨機形變差值，從而從基于PS-InSAR技術提取的形變信息中剔除這種隨機形變差值，得到橋梁的永久形變，為橋梁的健康安全提供了有力的數據支撐。

為實現上述發明目的，本發明基于PS-InSAR技術的橋梁永久形變分析方法，包括以下步驟：

1)獲得地面同一地區在不同的時間(t₁,t₂,…,t_n)和相似的軌道幾何下的N幅SAR影像；

2)通過這些SAR影像產生M幅干涉圖并配準到同一幾何下，然后進行相位解纏；從中選擇出P個永久散射體(PS點)，計算得到這些PS點不同時刻的形變信息；

3)若干涉圖以第i幅SAR圖像為主圖像，第j幅SAR圖像為復圖像，建立干涉相位的相位模型，像素點x的解纏相位表示如下

其中，Δφ_defo表示地表形變對應的相位，Δφ_aps表示大氣延遲對應的相位，Δφ_decor表示地面目標散射特性變化引起的相位，Δφ_n表示其余不相關噪聲對應的相位；

對于網絡中的P個目標點，干涉相位表示如下