[发明专利]基于高分辨率INSAR的高层建筑沉降监测结果三维定位方法

说明书

本发明公开了基于高分辨率INSAR的高层建筑沉降监测结果三维定位方法，属于INSAR数据应用处理与建筑物安全监测技术领域。首先利用高分辨率SAR卫星对待监测目标建筑进行周期观测，每个周期分别获取一张SAR监测图像，获取参考SAR图像和待监测目标建筑沉降监测结果，进一步获得参考SAR图像的侧视方向、轨道方向。然后利用空间位置关系、参考SAR图像的灰度和纹理分布确定待监测目标建筑的掩膜，提取掩膜范围内各PS点的原始位置信息，计算所有PS点对应的入射角，结合各自对应的高程参数，计算每个PS点正确的空间三维坐标位置。最后将空间三维坐标位置代入到三维GIS软件，实时观察待监测目标建筑的对应形变结果。本发明实现了形变监测结果由二维到三维的转变。

技术领域

本发明属于INSAR(Interferometry Synthetic Aperture Radar,干涉合成孔径雷达)数据应用处理与建筑物安全监测技术领域，具体涉及一种基于高分辨率INSAR的高层建筑沉降监测结果三维定位方法。

背景技术

随着经济建设的高速发展，城市现代化的日新月异，在大、中城市纷纷新建大量的高层建筑。在当前，房屋建筑是个人和家庭最重要的财产和生活保障，其质量和安全关系到人民群众的切身利益。然而近年来我国各地楼房倒塌时有发生，造成严重的人员伤亡和经济损失。为保障建筑物的安全，必须要周期性地对建筑物上的观测点进行沉降监测，而且在高层建筑竣工多年后，仍需要及时发现因不均匀沉降造成建筑主体结构的破坏或出现安全隐患的情况。

目前我国正在上海等城市试行的建筑工程质量潜在缺陷保险(Inherent DefectsInsurance，IDI)就是针对因建筑工程潜在缺陷造成建筑物损坏承担赔偿责任的保险，在建筑工程竣工2年后开始对建筑物的质量和结构等进行周期监测，实行全覆盖、长时间、连续和高精度的形变监测与风险分析。

目前常用的建筑物沉降监测手段包括水准仪、全站仪和GPS测量等。这些技术能够提供变形体整体的绝对变形信息，具有较高的精度。但是需要在目标区域进行测量点布设等外业工作，还存在观测点稀疏、不能全天候观测、观测周期较长和观测成本较高等问题，因此无法实现大范围、快速、长期的建筑沉降的监测，这些都给城市高层建筑沉降灾害隐患防治带来了一定的困难。因此需要一种更科学、高效和全面的高新技术监测手段，为城市建筑沉降灾害防治提供必要信息。

INSAR作为一种主动式微波遥感手段，具有全天时、全天候和无需设置地面观测点等特性，通过多时相雷达回波相位变化可以获取地表高程和沉降信息。永久散射体(Permanent Scatter，PS)干涉测量方法基于INSAR技术，通过识别选取雷达图像中具有稳定散射特性的相干点目标，如房屋、桥梁、公路护栏或铁路道床等强反射点，并分析这些永久散射体的相位变化来反演形变信息。这种测量方法，最大限度地消除多时相数据的失相干以及大气干扰等影响，可以实现地面毫米级的形变监测，已经在地质灾害监测等方面发挥了重要作用。在利用PS点获取形变信息的基本原理上，陆续形成了小基线集方法、相干目标方法和三维层析等多种技术方法，这些方法大大降低了对INSAR数据获取的要求，并且提升了处理过程中PS点的密度和反演解算精度。

随着雷达(SAR)卫星分辨率的提升，城市高层建筑在SAR影像表现出更多的细节，在永久散射体干涉测量处理中可以获得建筑结构体和顶上更多的PS点，因此可准确获取建筑物上不同高程位置的时序形变。永久散射体干涉测量方法通常基于同一地区多时相INSAR单视复数产品数据，选择参考图像，通过数据配准获取相对干涉图；提取影像上的PS点，通过处理得到差分干涉图；通过高质量PS点作为参考基准，获得各个PS点的形变速率和高程值，并采用时空滤波处理消除大气等误差；最后对形变结果进行地理编码，获得覆盖区的SAR地理编码影像、PS点形变速率和形变序列结果。

但是目前常用的INSAR形变监测处理软件(如SNAP、SARscape、GAMMA软件等)获取的PS点形变监测结果都是基于二维平面，由于SAR是斜视成像，高层建筑的PS点在图像中会出现顶底倒置等几何失真现象，既影响了IDI中高层建筑物三维信息的表达，也无法体现高分辨SAR监测沉降结果的优势。