[发明专利]一种基于多源监测技术融合的地面沉降集成监测方法

摘要

本发明公开了一种基于多源监测技术融合的地面沉降集成监测方法，包括：在地面沉降重点监测区域布设水准点和GPS监测点，在地表稳定区域布设CR‑GPS‑水准一体点；并在相同时间序列下，获取GPS数据、地面气象数据、MODIS数据、SAR影像和水准测量数据；联合周边CGPS站和IGS站同步观测数据及地面气象数据解算GPS数据；再联合GPS数据、地面气象数据和MODIS数据解算大气延迟相位信息；从初始差分干涉相位图中提取稳定PS点和PS点形变信息；再利用PS点、GPS点、水准点、一体点对应的形变信息，构建地面沉降垂直形变场，融合水平形变场与垂直形变场构建空间数据场，获得高时空分辨率的地面沉降三维形变场信息。本发明能获得大范围、高精度、高时空分辨率的地表三维形变信息。

主权项

1.一种基于多源监测技术融合的地面沉降集成监测方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在地面沉降重点监测区域布设用于地面沉降监测的水准点和GPS监测点，在地表稳定的区域布设CR‑GPS‑水准一体点；(2)在相同的时间序列下，获取GPS数据、地面气象数据、MODIS数据、SAR影像和水准测量数据；(3)联合周边CGPS站和IGS站同步观测数据以及所述地面气象数据，利用开源软件GAMIT联合解算GPS基线向量，再采用网平差软件对所述GPS数据进行网平差计算，获取高精度地面沉降GPS监测点和CR‑GPS‑水准一体点的三维坐标信息，所述三维坐标信息包括平面位置与高程值；(4)联合所述GPS数据、地面气象数据和MODIS数据解算大气延迟相位信息；其中，包括利用GPS数据对MODIS数据校正的步骤，具体为：A、利用步骤(3)获取的GPS解算结果联合周边CGPS站，使用GAMIT软件解算出SAR卫星过境时间内高精度的对流层天顶总延迟ZTD，再利用所述地面气象数据计算出天顶静力学延迟ZHD，进而通过对流层天顶总延迟ZTD减去天顶静力学延迟ZHD得出天顶湿延迟ZWD，计算公式如下：式中,P_s为地面大气压值，为GPS站点纬度，H为GPS站点高程值；B、将MODIS反演得到的大气可降水汽含量PWV转化成天顶湿延迟ZWD’，两者关系为：其中,ρ_w为液态水密度,T_M为平均大气温度,R₀为通用气体常数,M_W为液态水摩尔质量，k2、k3均为大气折射常数，Π取值范围为6.0～6.5；C、将步骤A中解算出的天顶湿延迟ZWD与步骤B中获取的天顶湿延迟ZWD’回归拟合，实现GPS数据对MODIS数据的校正；(5)利用DORS软件或GAMMA软件对所述SAR影像进行差分干涉处理，获取初始差分干涉相位图；(6)采用幅度离散指数和空间相位相关性特征提取出所述初始差分干涉相位图中稳定的PS点，估计每个PS点上的线性形变和DEM误差，从所述初始差分干涉相位图中将所述每个PS点上的线性形变和DEM误差减去，即得PS‑InSAR残余相位；所述PS‑InSAR残余相位包含非线性形变相位、大气延迟相位和噪声，对所述PS‑InSAR残余相位采用三维解缠算法进行解算，利用高、低通滤波技术分离出非线性形变相位和大气延迟相位；(7)将所述步骤(6)的PS‑InSAR残余相位中分离出来的大气延迟相位与所述步骤(4)中GPS/MODIS数据联合反演得到的大气延迟相位做均值融合处理，建立高精度、高时空分辨率的大气延迟均值模型；(8)从所述初始差分干涉相位图中减去步骤(7)融合后的大气延迟均值相位部分，进而获得高精度的PS‑InSAR差分干涉相位图；(9)以所述CR‑GPS‑水准一体点为参考基准，对所述PS‑InSAR差分干涉相位图进行相位解缠，提取出稳定的PS点形变信息；(10)对所述步骤(9)中提取的PS点形变信息进行地理编码，统一到大地坐标参考框架内；(11)利用所述PS点、GPS点、水准点和CR‑GPS‑水准一体点，采用GIS空间分析方法，构建Delaunay三角形网络，并评定网内各点精度及稳定性，再利用所述PS点、GPS点、水准点、CR‑GPS‑水准一体点对应的形变信息，采用克里金空间插值技术在网内进行插值计算，构建高精度、高空间分辨率的地面沉降垂直形变场，实现GPS、InSAR和水准测量数据在垂直形变场的融合；(12)将GPS网水平监测结果进行空间域内插形成地面沉降水平形变场，同时利用集合卡尔曼滤波算法将水平形变场与所述垂直形变场进行融合，对网内各点进行估计预测，构建统一的空间数据场，进而获得高空间分辨率地面沉降三维形变场；(13)利用GPS具有高时间分辨率的特性，基于GIS平台，在时间域对所述地面沉降三维形变场进行内插计算，从而实现地面沉降三维形变场在时间域内的连续加密，进而获得具有高时空分辨率的地面沉降三维形变场信息。