[發(fā)明專利]一種基于空天地一體化觀測(cè)的庫(kù)岸形變監(jiān)測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910043129.3
• 申請(qǐng)日: 2019-01-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109725312A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周偉;程翔;姬翔;潘斌;周志偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S13/90
• 分類號(hào): G01S13/90;G01C5/00;G01B7/16
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 楊宏偉

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于空天地一體化觀測(cè)的庫(kù)岸形變監(jiān)測(cè)方法，該監(jiān)測(cè)方法首先利用星載InSAR對(duì)庫(kù)岸邊坡進(jìn)行大范圍形變監(jiān)測(cè)預(yù)警，獲取重點(diǎn)需要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)的庫(kù)岸邊坡；然后利用無(wú)人機(jī)載InSAR技術(shù)對(duì)小范圍邊坡進(jìn)行觀測(cè)；接著利用船載/地基SAR對(duì)預(yù)警邊坡進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，獲取重點(diǎn)監(jiān)測(cè)庫(kù)岸邊坡的預(yù)警信息；最后將這些預(yù)警信息通過(guò)應(yīng)用程序分別發(fā)送至管理部門(mén)。最終實(shí)現(xiàn)水利水電庫(kù)壩邊坡形變監(jiān)控的空天地多層次關(guān)鍵技術(shù)。該技術(shù)可以長(zhǎng)周期內(nèi)在較大空間尺度上觀測(cè)庫(kù)岸邊坡的變形情況，同時(shí)提高了重點(diǎn)邊坡觀測(cè)的精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于庫(kù)岸變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，涉及一種庫(kù)岸變形監(jiān)測(cè)方法，具體涉及一種基于空天地一體化觀測(cè)的庫(kù)岸形變監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)

目前水電樞紐工程均已布設(shè)了內(nèi)外觀各類傳感器和智能化控制設(shè)備，已有部分水電站已實(shí)施監(jiān)測(cè)自動(dòng)化工作如：小灣、糯扎渡、漫灣、苗尾、功果橋等。工程安全監(jiān)測(cè)的相關(guān)數(shù)據(jù)均已順利傳輸至數(shù)據(jù)中心。但是對(duì)于庫(kù)岸滑坡體、公路邊坡等缺少監(jiān)測(cè)手段無(wú)法對(duì)滑坡做出預(yù)警。同時(shí)，這些滑坡體和邊坡具有坡度高難以攀爬、交通不便、數(shù)量龐大等特點(diǎn)，在這些滑坡體和邊坡上布置傳統(tǒng)內(nèi)外觀傳感器顯得異常困難，即使勉強(qiáng)可以布設(shè)，所獲取的也只能是“點(diǎn)狀”監(jiān)測(cè)信息，難以獲取邊坡“面狀”動(dòng)態(tài)變化信息。此外，系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)成本也非常之高。

合成孔徑雷達(dá)干涉(InSAR)測(cè)量技術(shù)是一種高精度對(duì)地觀測(cè)技術(shù)，與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段相比，具有高精度、全天候、全天時(shí)、大區(qū)域進(jìn)行對(duì)地觀測(cè)的優(yōu)勢(shì)。1991年和1995年，ESA(歐洲航天局/歐洲太空總署)相繼發(fā)射了雷達(dá)衛(wèi)星ERS-1和ERS-2，2002年又發(fā)射了ENVISAT衛(wèi)星，這些衛(wèi)星為InSAR技術(shù)的研究和應(yīng)用提供了大量的SAR(雷達(dá)干涉)數(shù)據(jù)，其穩(wěn)定的數(shù)據(jù)源和可靠的軌道控制為廣泛進(jìn)行InSAR技術(shù)應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。同時(shí)加拿大的RADARSAT衛(wèi)星、日本的JERS衛(wèi)星以及ALOS衛(wèi)星也都為開(kāi)展InSAR技術(shù)的應(yīng)用提供了更多的SAR數(shù)據(jù)。在地形測(cè)圖方面，美國(guó)SRTM(Shuttle Radar Topography Mission航天飛機(jī)雷達(dá)地形測(cè)繪使命)任務(wù)利用11天時(shí)間獲取了全球80％地區(qū)的DEM數(shù)據(jù)，其空間分辨率和測(cè)量精度均達(dá)到應(yīng)用的要求。

隨著SAR技術(shù)和干涉理論的發(fā)展，其逐步走向工程化應(yīng)用。監(jiān)測(cè)對(duì)象也由早期的大尺度的地震形變場(chǎng)轉(zhuǎn)化為小尺度的地表沉降。如Ferretti等利用提出PS-DInSAR(永久散射體合成孔徑雷達(dá)差分干涉)技術(shù)方法，成功應(yīng)用到安科納地區(qū)的滑坡監(jiān)測(cè)，得出該滑坡的線性運(yùn)動(dòng)速度在3mm/年左右。Colesanti等人對(duì)地不同衛(wèi)星圖像融合等進(jìn)行了PS-DInSAR的研究實(shí)驗(yàn)，得出不同頻率雷達(dá)影像之間可以融合一起進(jìn)行PS-DInSAR處理，提高了成功率，同時(shí)不斷改進(jìn)相關(guān)模型算法，并與GPS和水準(zhǔn)等可靠數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，驗(yàn)證了PS-DInSAR技術(shù)可以監(jiān)測(cè)到地表mm級(jí)的形變量。D.Perissin也利用INSAR時(shí)間序列分析方法研究了中國(guó)的上海、天津、巴東地面沉降和三峽大壩的形變情況。

范景輝等利用2003-2004年9景ENVISAT ASAR數(shù)據(jù)，采用干涉圖疊加方法，對(duì)天津地區(qū)地面沉降進(jìn)行了DInSAR監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)，獲得季度平均沉降速率圖，有效揭示了實(shí)驗(yàn)區(qū)地面沉降的空間分布及相對(duì)形變量。2007年，葛大慶等引入了基于相干點(diǎn)目標(biāo)的多基線DInSAR數(shù)據(jù)處理算法，利用2004-2005年的12幅SAR影像提取了滄州地區(qū)的地表沉降線性速率及其演變狀況。2008年，ZHAO Qing等利用6幅ENVISAT ASAR影像，基于干涉圖疊加法，對(duì)珠江三角洲的地面沉降進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)因城市化發(fā)展導(dǎo)致的廣州、佛山、東莞等地的地面沉降現(xiàn)象非常明顯，并利用PS方法對(duì)干涉圖疊加結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明兩者在廣州越秀區(qū)和海珠區(qū)相一致。

InSAR應(yīng)用于大壩監(jiān)測(cè)也有不少案例。廖明生等人結(jié)合當(dāng)前雷達(dá)差分干涉測(cè)量(D-InSAR)技術(shù)的發(fā)展，以TerraSAR-X數(shù)據(jù)為例,重點(diǎn)研究高分辨率SAR數(shù)據(jù)在三峽庫(kù)區(qū)滑坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用高分辨率SAR影像幅度和差分干涉相位信息，可以成功地檢測(cè)到三峽庫(kù)區(qū)滑坡發(fā)生所處的時(shí)間段、地點(diǎn)以及形變,驗(yàn)證了高分辨率雷達(dá)數(shù)據(jù)InSAR技術(shù)進(jìn)行滑坡檢測(cè)的有效性。