[发明专利]一种高速铁路沿线地表形变高分辨率InSAR监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高速铁路沿线地表形变高分辨率InSAR监测方法，属于合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)领域。它能够有效地解决高分辨率SAR单轨影像无法完整覆盖研究区，以及高速铁路路基沉降与区域地面沉降的识别和分离等问题，可以大大提升我国高速铁路地表形变InSAR精细监测水平。

背景技术

雷达干涉测量技术研究的核心目标是测量地物高程(地形测图)和反演雷达视线方向上的形变量等参数。以往InSAR技术多以中等分辨率(空间分辨率为20-30m)雷达数据为主，如ERS、ENVISAT、ALOS和RADARSAT等，其测量结果是分辨率单元内若干个散射体的综合，因而从精细程度上难以实现对大型工程、独立构(建)筑物等地物局部精细测量。相对于中等分辨率SAR而言，高分辨率InSAR是指利用高分辨率(1-3m，如TerraSAR-X、Cosmo-skymed)雷达卫星数据开展地表形变精细监测的InSAR技术，适用于大型构建筑物和典型地物目标的精细监测，极大地拓展了InSAR技术的应用范围。

对于高速铁路形变监测，中等分辨率InSAR监测结果仅能够准确反映区域地表变形场的分布特征，由于受到分辨率的限制，难以实现目标准确定位，因此对于高速铁路路基、轨道及其附属物等稳定程度的监测精细程度不足。而高分辨率InSAR技术有利于直接提取单个目标的干涉相位，能够提供对工程体和周围环境的共同监测，易于分辨环境变化对工程体的影响。目前，针对高速铁路的高分辨率InSAR形变精细监测技术亟待解决以下难点。

(1)无论求解高程或者形变量，必须的步骤是相位解缠，这一步骤在差分干涉处理中称为解缠，而在时序分析方法中则称为参数估计，其实质是求解缠绕相位的整周数，基本过程是求解相邻点间的相位差，然后按照特定的路径或网络以一定的约束条件进行积分，求解观测范围整体的解缠相位，进而反演形变场或高程。相位解缠的前提是干涉图连续分布且变化平缓，满足相位差小于π的约束条件，整个相位场为无旋场，解缠结果不随路径而变。而实际上干涉图受噪声或不连续相位(如不连续的陡坡)的影响，难以满足解缠条件，因而需要按照给定路径求解后再进行连接。由于缺少高分辨率的DEM数据，高分辨率条件下地物高程所引起的相位变化类似于非连续的陡坡相位，这种条纹密度会随基线的增大而密集，增大了相位解缠的难度，且存在与形变混合的可能。因而，如何利用高分辨率SAR数据同时解算高程和形变相位，提高形变量估计的精度是高分辨率InSAR应用面临的主要难题。

(2)高速铁路的分布和走向不规则，往往地跨雷达数据数个轨道、多个图幅。以目前在轨的高分辨率SAR卫星为例，其扫描成像覆盖范围为30-50km。只有利用相邻平行轨道高分辨率InSAR联合观测才能实现高速铁路的完整覆盖监测，这涉及到多个相邻轨道高分辨率InSAR观测结果的集成问题，也就是多个轨道处理结果坐标系和参考基准的统一问题。

(3)受自然和人为因素的影响，高速铁路沿线不可避免的会出现地面沉降；同时，列车的高速运行及其震动对路基和桥梁产生的压力会引起路基、桥梁等构筑物的垂向变形。这些因素的共同作用所产生的差异性沉降直接影响着高速列车的运行安全，因此，有效区分高铁沿线区域性地面沉降和铁路桥梁本身的沉降对于工程应用而言意义重大。中等分辨率InSAR区域性沉降监测能准确提取线路周边沉降区和漏斗，明确沿线主要沉降区的分布。针对高铁沿线差异性沉降，需研究高分辨率InSAR监测结果中路基沉降和区域地面沉降的识别与分离。解决这一问题的关键在于如何利用高分辨率InSAR有效提取铁路线上目标形变量和线路周边其它地物的形变量。

本发明针对高分辨率InSAR精细监测高速铁路形变所面临的难点，提供一种解决高速铁路沿线地表形变的精细监测方法。

发明内容

1.目的：本发明的目的是提供一种高速铁路沿线地表形变高分辨率InSAR监测方法。它能够有效地解决高分辨率InSAR完整覆盖监测高速铁路，以及高速铁路路基沉降与区域地面沉降的识别和分离等问题，可以大大提升我国高速铁路地表形变InSAR精细监测水平。

2.技术方案：本发明是一种高速铁路沿线地表形变高分辨率InSAR监测方法，该方法具体步骤如下：

步骤一：高分辨率SAR数据选取