[发明专利]一种基于车载InSAR的道路边坡形变检测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及地表形变检测领域，特别是涉及一种道路边坡的形变检测系统及方法。

背景技术

道路边坡的形变可能会造成塌方，引起道路阻塞，如果形变导致突发塌方还可能会引发交通事故，特别是我国东南沿海地区，由于经常受到台风影响，灾害天气影响前后的形变监测变得非常重要和紧迫。目前的形变检测采用的主要是利用GNSS技术、测量机器人等常规测量设备进行外部监测，或者埋设一些内观设备，目前这些技术在不断的进行试验和应用。但是由于其前期建设和后期维护成本高昂，并且内观设备一旦失灵，就很难继续监测，这些技术的推广和应用受到了极大的制约。InSAR技术在地表微小形变检测方面达到了厘米甚至毫米级的精度，成为当前地表形变检测的重要手段之一，其中基于星载的InSAR技术在道路形变监测方面也进行了一些应用，但是远远不能满足道路边坡形变灾害监测的需要。第一，数据源问题。利用高分辨率星载SAR数据进行InSAR形变监测，通常需要多景数据，特别对于道路系统条带状的监测范围，由于存在着条带区域与影像范围占比小的矛盾，数据利用率非常低，导致数据成本急速加剧；第二，时间分辨率问题。道路边坡的形变与恶劣天气有较大的相关性，通常需要根据天气状况确定监测时间，但是星载平台有固定的运行周期，很难满足灾害监测数据采集的时间要求，并且无法满足监测频率的变化要求；第三，时间去相干问题。星载InSAR大部分采用重轨干涉模式，这种模式需要利用不同时间的两次成像进行干涉处理，而时间差会产生时间去相干问题，影响数据处理的效果和结果；第四，大气影响。星载InSAR进行干涉测量数据采集时，不同时间采集的大气条件也不同，而不同的大气条件对InAR数据处理产生一定的误差，影响最终的形变结果精度。

本发明提出一种利用车载双天线InSAR技术进行沿路边坡形变监测方法，该方法能够解决目前InSAR技术在道路形变监测中的存在的主要问题，在保持InSAR高精度形变检测优势的前提下，克服地基SAR观测区域局限以及机载InSAR高风险问题，提高了监测灵活性，降低了监测成本。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种道路边坡形变检测的方法，能够方便、高效解决道路边坡微小形变检测问题。不同于以往利用InSAR进行形变检测的方法，本发明将常规的自上向侧下的InSAR数据采集模式改变为由下向侧上方数据采集模式，相应的数据采集和数据处理方法也发生变化，每次采集时，双天线同时获取一对图像，避免了目标的时间去相干影响；本发明避免了常规InSAR自上向下的成像模式导致的树木遮挡产生的目标相干性降低问题；本发明采用的成像模式，入射角变小，对SAR成像更有利，能够更好地获取边坡表面形变；本发明使用车辆作为InSAR平台，可以根据需要随时采集数据，解决了常规InSAR的数据源问题和时间分辨率问题；另外，本发明通过设计不同的采集路线，减少InSAR数据处理中多个因素的影响，降低InSAR数据处理的难度，提高数据处理精度和效率；而且本发明由于成像距离短，大气影响可以忽略不计，消除了InSAR数据处理中大气误差影响。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：

一种基于车载InSAR的道路边坡形变检测系统，其特征在于，包括一个数据获取平台：该平台安装在车辆顶端，包括一个双天线InSAR系统，两个天线垂直上下排列，排列方向与路面垂直，天线之间相隔设定距离；双天线形成的天线面能够进行方向调整；还包括一套用于平台的姿态测量的POS系统，姿态数据用于后续的SAR成像及InSAR数据处理，平台还包括供电系统及用于平台稳定的辅助设施。具体设备包括：GPS天线一个，POS一台，SAR主机一台，SAR天线两个，POS和SAR主机电源系统两套。连接方式如下：GPS天线通过信号分离器分别接入POS和SAR主机，利用该天线接收的信号进行定位和时间同步；两个SAR天线连接到SAR主机，并且，POS和SAR天线形成刚性连接关系。两套电源系统分别与POS和SAR主机相连，为其供电。

一种基于车载InSAR的道路边坡形变检测方法，其特征在于，包括一种数据获取方式：平台通过支架安装在汽车顶端，车载平台沿边坡一侧道路行驶，将SAR天线指向道路边坡一侧，向道路侧方边坡发射微波，用于收集边坡的回波。根据边坡的范围调节SAR的高度及天线面的方向，使波束向车辆侧上方发射和接收，覆盖待测边坡区域。如果道路较窄，则车载平台沿边坡对向的车道行驶，以增大成像距离。利用该数据获取方式可实现任意时刻道路边坡的相对形变检测，为道路安全管理提供科学的数据。

一种基于车载InSAR的道路边坡形变检测方法，其特征在于，包括以下步骤：