[发明专利]一种边坡雷达影像与地形点云的误匹配校正方法

说明书

本发明公开了一种边坡形变监测雷达影像与地形点云基于少量人工控制点的误匹配校正方法，根据少量人工控制点先初步地估计偏差模式，作为最小二乘迭代初值，利用几何映射方法完成粗匹配。进而利用雷达图像中的明显地物和周围的相关性分析提取更多的地面控制点，利用大量控制点优化最小二乘变换模型参数完成精匹配实现误匹配校正。本发明仅需至少3个人工控制点即可完成边坡形变监测雷达影像与地形点云的误匹配纠正，具有计算量小，达像元级匹配精度，易于编程实现等优点，所述方法不受雷达视角和设站位置的影响，可有效地定位监测数据显示的异常形变区域，对边坡工程安全监测，遏制重大安全生产事故发生具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及一种边坡形变监测雷达影像与地形点云基于少量人工控制点的误匹配校正方法，属于露天矿边坡形变监测技术领域。

背景技术

近年来，全世界地质灾害多发频发，各种地质原因和人类活动等因素均可能会诱发区域形变并衍生灾害。地基边坡形变监测雷达(GB-InSAR)技术越来越多地应用于露天矿边坡、水利水电工程、自然山体滑坡、崩塌、泥石流灾害监测场景。直线重复轨道雷达更是以其高时空分辨力和高形变测量精度，可连续大面积监测，受雨雪雾恶劣天气影响较小等优势，在各类边坡形变监测中得到日益广泛的应用。雷达在二维极坐标空间构像，对于不熟悉雷达成像原理的监测人员存在不直观的问题，实际使用需变换至熟悉的几何以直观定位形变区。

现有的技术方案用来实现雷达图像和地形点云匹配主要有平面相似变换法和几何映射方法。平面相似变换法为星载雷达方法在地基雷达领域应用的延伸，需要雷达图像精确的正射纠正，但常常难以获得纠正参数。几何映射通过测量轨道信息和成像参数，数据获取简单得到广泛应用。然而由于现场条件的特殊性，单独依靠几何映射方法匹配结果会发生较大偏差。目标边坡多在持续变形极度危险，使得人员难以深入布设大量地面控制点校正偏差，因此亟需依靠少量人工控制点校正几何映射匹配偏差。现已提出的雷达图像和地形点云匹配方法多是测量直线轨道端点然后依据成像参数进行几何映射的粗匹配方法，无法应对边坡监测准确定位异常形变区的目标。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种基于少量人工目标控制、显著目标识别增选控制点和最小二乘优化的边坡形变监测雷达影像与地形点云误匹配校正方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种边坡雷达影像与地形点云的误匹配校正方法，包括以下具体步骤：

步骤1，测量雷达轨道两端点坐标，结合雷达的设计参数计算天线行迹矢量

步骤2，使用几何映射方法完成雷达图像和三维地形点云数据粗匹配，得到粗匹配映射表T_rough；

步骤3，选取雷达图像中若干人工目标，测量得到人工目标的二维坐标集合{d₁(r,θ),…,d_n(r,θ)}，并定位人工目标在三维地形点云数据中的三维坐标集合{d₁(X,Y,Z)_T,…,d_n(X,Y,Z)_T}以作为人工目标的真实坐标；

步骤4，查找粗匹配映射表T_rough获得{d₁(r,θ),…,d_n(r,θ)}在粗匹配映射表中匹配的三维坐标集合{d₁(X，Y,Z)_S,…，d_n(X，Y，Z)_S}作为人工目标的偏差坐标；

步骤5，将人工目标的真实坐标和偏差坐标输入空间坐标变换方程，得到空间坐标变换方程的变换参数初值；

步骤6，进行显著地物和周边区域的相关性分析提取控制点对；