[發(fā)明專利]一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)重建高時(shí)空分辨率地面沉降信息的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110669387.X
• 申請(qǐng)日: 2021-06-17
• 公開（公告）號(hào): CN113378945B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 柯櫻海;呂明苑;李小娟;郭琳;宮輝力;張可;王展鵬;朱麗娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 首都師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K9/62
• 分類號(hào): G06K9/62;G06N20/00;G01C5/00
• 代理公司: 北京保識(shí)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11874
• 代理人: 張晶

1.一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)重建高時(shí)空分辨率地面沉降信息的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、獲取覆蓋研究區(qū)范圍的SAR觀測影像數(shù)據(jù)；

S2、獲取研究區(qū)范圍內(nèi)的特征數(shù)據(jù)集，特征數(shù)據(jù)集由地面沉降的影響因素構(gòu)成，包括可壓縮土層厚度、地下水位、斷裂、建筑物分布、交通載荷；

S3、基于SAR影像，利用PS-InSAR技術(shù)獲取建筑上的長時(shí)序地面沉降信息；PS-InSAR的技術(shù)流程主要包括：

第一步，根據(jù)時(shí)空基線、多普勒信息選擇一副為主影像，其他副影像進(jìn)行配準(zhǔn)并重采樣至主影像；

第二步，對(duì)主副影像對(duì)進(jìn)行差分干涉生成時(shí)序差分干涉圖，利用幅度離差法提取高相干點(diǎn)目標(biāo)，即PS點(diǎn)；

第三步，對(duì)差分相位進(jìn)行時(shí)間序列分析以得到離散點(diǎn)毫米級(jí)的形變速率結(jié)果、形變歷史信息、DEM殘差及大氣延遲誤差；

S4、基于長時(shí)序的地面沉降信息，利用多項(xiàng)式擬合的方法對(duì)長時(shí)序的沉降曲線進(jìn)行擬合，并獲取多項(xiàng)式的相關(guān)參數(shù)；

S5、結(jié)合Fishnet空間分析和滑動(dòng)窗口判別的方法對(duì)數(shù)據(jù)缺失的位置定位；

S6、利用機(jī)器學(xué)習(xí)構(gòu)建多個(gè)時(shí)序相關(guān)參數(shù)與特征向量之間的模型，最終重建數(shù)據(jù)缺失位置的沉降信息；多輸出機(jī)器學(xué)習(xí)可以實(shí)現(xiàn)多元輸入特征空間到多元輸出空間的映射，將S4中的時(shí)序特征相關(guān)參數(shù)作為樣本輸出量A＝[a₀，a₁...，a_m]，特征數(shù)據(jù)集為輸入的特征向量X＝[X₀，X₁...，X_n]，并利用min-max標(biāo)準(zhǔn)化的方法，將原始數(shù)據(jù)映射到[0-1]之間；為了防止模型過擬合，采用5折交叉驗(yàn)證的方法驗(yàn)證模型精度，將PS點(diǎn)隨機(jī)分為5組，1組測試樣本，其余4組為訓(xùn)練樣本，利用訓(xùn)練樣本對(duì)模型進(jìn)行訓(xùn)練；當(dāng)精度達(dá)到最優(yōu)時(shí)，代入數(shù)據(jù)缺失位置的特征向量，重建數(shù)據(jù)缺失位置的時(shí)序參數(shù)將重建的時(shí)序參數(shù)代入多項(xiàng)式公式：

重建數(shù)據(jù)缺失位置處長時(shí)序的地面沉降信息；

S7、將重建后的沉降信息與PS-InSAR結(jié)果疊加，最終獲取高時(shí)空分辨率的地面沉降信息。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)重建高時(shí)空分辨率地面沉降信息的方法，其特征在于：所述S1中SAR影像中的單視復(fù)數(shù)產(chǎn)品SLC包含相位和振幅信息，實(shí)現(xiàn)形變監(jiān)測，選取SAR影像中的SLC產(chǎn)品為PS-InSAR處理做數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)重建高時(shí)空分辨率地面沉降信息的方法，其特征在于：所述S2中可壓縮土層厚度數(shù)據(jù)包括不同底板埋深的壓縮層組厚度以及總壓縮層組的厚度；地下水位數(shù)據(jù)為長時(shí)序的地下水位統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；建筑載荷由時(shí)序的歸一化建筑指數(shù)NDBI表征，可通過光學(xué)影像的波段計(jì)算獲取：

式中，MIR為中紅外波段，NIR為近紅外波段；斷裂、道路利用核密度計(jì)算的方法獲取這兩種線要素的分布密度；將線要素分割為n個(gè)網(wǎng)格內(nèi)的點(diǎn)要素x₁，x₂，...x_n組成，任意一點(diǎn)x的核密度Density的計(jì)算公式為：

式中，h為條帶寬度，K(·)為核函數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)重建高時(shí)空分辨率地面沉降信息的方法，其特征在于：所述S3中的PS-InSAR技術(shù)，使用GAMMA、SARPROZ、SARscap、StaMPS軟件。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)重建高時(shí)空分辨率地面沉降信息的方法，其特征在于：所述S3中每個(gè)PS點(diǎn)的差分相位可以定量的表示為：

其中，為PS點(diǎn)上的差分相位，是由于散射差異導(dǎo)致的相位變化，為地表形變相位，為大氣干擾相位，為噪聲干擾相位；利用水準(zhǔn)監(jiān)測數(shù)據(jù)對(duì)PS-InSAR結(jié)果進(jìn)行精度驗(yàn)證，獲取建筑物上基本的地面沉降信息。