[发明专利]基于PS‑InSAR技术的地铁沿线周边环境历史沉降风险评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于PS-InSAR技术的地铁沿线周边环境历史沉降风险评估方法。

背景技术

城市轨道交通工程诱发房屋开裂、管线断裂、道路坍塌等周边环境事故，除了与轨道交通建设引起的周边环境变形和位移有关外，还与周边环境自身前期历史变形和位移有较大关联。轨道交通工程建设周边环境事故多发的重要原因之一是对沿线道路、建(构)筑物前期历史沉降变形情况不明，并对其风险认识不足：1)对道路、房屋建筑、桥梁等既有变位及后续允许变位富余度缺乏认识；2)对导致地表沉降变形过大背后的不良地质条件调查不足。特别是，轨道交通建设前周边建(构)筑物、道路、管线已发生较大累计变形与位移时(导致变位富余度较小)，必将给轨道交通建设周边环境保护带来极大困难和风险。

常规变形监测技术包括采用经纬仪、水准仪、测距仪、全站仪等常规测量仪器测定点的变形值，其优点是：(1)能够提供变形体整体的变形状态；(2) 适用于不同的监测精度要求、不同形式的变形体和不同的监测环境；(3)可以提供绝对变形信息。但外业工作量大，布点受地形条件影响，不易实现自动化监测。特殊测量手段包括应变测量、准直测量和倾斜测量，它具有测量过程简单、可监测变形体内部的变形、容易实现自动化监测等优点，但通常只能提供局部和相对的变形信息。在轨道交通发展建设节奏愈来愈快的今天，各地政府和轨道交通的建设单位越来越需要准确、及时的地面沉降基础资料进行轨道交通工程规划，同时，也越来越需要现代高新技术提供更全面、及时、科学的监测手段。

重复轨道雷达干涉测量(InSAR)是一门测量地表形变(塌陷、滑坡、地震、火山运动等引起的)的有效的技术。这种PS-InSAR的技术，通过SAR影像，可以探测到地表形变的精度达到毫米级。该技术的基本原理是：不同时期、不同角度获得的影像的相位差与地形、获取期间的地表形变和大气变化有一定的关联。通过一些点来进行测量，这些点是散射特性比较稳定的点，称为PS点，通常分布在植被稀少区，对应着建筑、公路、水利等设施。

由于轨道交通在城市环境中呈线性走向分布，在其沉降变形监测过程中，具有的特点是：1)监测距离长，一条线少则十几公里，多则几十公里；2)监测项目多，包括基坑主体结构、沿线地面、周围建(构)筑物、管线、桥梁等。因此，采用常规的精密水准进行变形监测需要耗费大量的时问、人力、物力和财力，并且很难精确确定沿线的变形影响范围。同时，由于传统的精密水准观测和GPS观测存在测点分布稀疏、作业周期长、劳动强度大的问题，难以适时、客观反映日益扩大的区域性地面沉降变化趋势。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是为石油库找到一种提高了地铁沉降的精度和准确性的基于PS-InSAR技术的地铁沿线周边环境历史沉降风险评估方法。

本发明基于PS-InSAR技术的地铁沿线周边环境历史沉降风险评估方法，包括：

以N幅SAR图像为输入，通过图像配准的方法将所有SAR图像配准到相同的网格内；

将所有获得的SAR数据组合成若干个集合，原则是：集合内的SAR图像基线距小，集合间的基线距大，并通过二轨法去除由地形起伏引入的干涉相位；

在图像中选择候选PS点(PSC)，并利用PSC的信息补偿由大气变化引入的误差相位和由轨道数据不精确引入的误差相位；

利用补偿后的相位信息对图像中所有像素点进行逐点分析，重新识别PS点，并估计其形变信息和高程误差信息。

进一步地，SAR图像配准具体包括：在配准的过程中，选择N幅SAR图像中的一幅SAR图像为基准图像，将其他N-1幅SAR图像都配准到基准SAR图像的网格内；基准图像的选择需要综合考虑空间基线和时间基线两个指标，最佳的基准图像是到其他SAR图像空间基线和时间基线的加权平均值最小的那幅SAR 图像；在处理过程中采用三级配准的方法：(1)基于卫星轨道数据的配准；(2) 基于像素级的配准；(3)基于亚像素级的配准。

进一步地，二轨法处理具体包括：先利用主辅SAR图像的卫星轨道数据和外部DEM信息，计算出DEM每个像素点的干涉相位，并将每个像素点投影到SAR 图像的坐标系中；此时，DEM的像素点非均匀地分布在SAR图像的网格中；然后，利用Delaunay三角插值的方法对SAR图像的均匀网格进行重采样，获取由地形信息模拟的干涉相位图；最后，再在真实的干涉相位中减去由外部DEM模拟的干涉相位。