[发明专利]差异沉降监控预警方法

说明书

本发明涉及沉降监控技术领域，尤其涉及差异沉降监控预警方法，首先利用ArcGIS地统计模块中的数据分析工具对数据进行分析处理；通过直方图检验数据的分布及是否存在全局离群值，局部离群值由聚类Voronoi图识别，Voronoi图是由在样点周围形成的一系列多边形组成的；数据探测分析完成后，通过ArcGIS地统计分析向导工具挑选合适的变异函数模型,确定变异函数，进行Kriging插值，获得高分辨率的形变速率图。本发明针对城市沉降具有明显防高层阻挡的优势，利用卫星成像的图片进行分析，稳定可靠，精准效率高。

技术领域

本发明涉及沉降监控技术领域，尤其涉及差异沉降监控预警方法。

背景技术

差异沉降(沉降差)也就是通常所说的不均匀沉降,是反应土木工程结构地基的变形特征的重要指标。一般是指同一结构体中,相邻的两个基础沉降量的差值。如果差异沉降过大,就会使相应的上部结构产生额外应力；当超过一定限度时,将会产生裂缝、倾斜甚至破坏。干涉雷达指采用干涉测量技术的合成孔径雷达(InSAR)，是新近发展起来的空间对地观测技术，是传统的SAR遥感技术与射电天文干涉技术相结合的产物。它利用雷达向目标区域发射微波，然后接收目标反射的回波，得到同一目标区域成像的SAR复图像对，若复图像对之间存在相干条件，SAR复图像对共轭相乘可以得到干涉图，根据干涉图的相位值，得出两次成像中微波的路程差，从而计算出目标地区的地形、地貌以及表面的微小变化，可用于数字高程模型建立、地壳形变探测等。干涉雷达指采用干涉测量技术的合成孔径雷达，也有称双天线SAR或相干SAR。它通过两条侧视天线同时对目标进行观测(单轨道双天线模式)，或一定时间间隔的两次平行观测(单天线重复轨道模式)，来获得地面同一区域两次成像的复图像对(包括强度信息和相位信息)。由于目标与两天线位置的几何关系，地面目标回波形成相位差信号，经两个复图像的复相关形成干涉纹图。干涉文图包含了斜距方向上的图像点与两天线位置差得精确信息(回波相位的改变)。因此，利用遥感器高度、雷达波长、波束视向及天线基线距之间的几何关系，可以获取距离信息，精确地测量出图像上每一点的高程信息，从而获得高分辨率的地表三维图像。在航天平台往往用重复轨道来实现双天线达到的效果。

目前对于城市的监测多受高楼层的影响，就需要一种利用InSAR对城市区域进行沉降监测的预警方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供差异沉降监控预警方法，

本发明另提供了差异沉降监控预警方法具体按以下步骤执行：

S1：首先利用ArcGIS地统计模块中的数据分析工具对数据进行分析处理；

S2：通过直方图检验数据的分布及是否存在全局离群值，局部离群值由聚类Voronoi图识别，Voronoi图是由在样点周围形成的一系列多边形组成的；某一样点的Voronoi多边形，具体通过多边形内任何位置距这一样点的距离都比该多边形到其他样点的距离要近的原理进行计算生成，Voronoi多边形生成后，聚类Voronoi图将所有的多边形单元分配到五级区间中，如果某个多边形单元的级区间与它相邻单元的级区间都不同，这个单元就判定为离群值，用灰色表示，对于识别出的局部离群值，采用其相邻目标点的平均值代替其原始值，以降低局部离群值对插值精度的影响。

S3：数据探测分析完成后，通过ArcGIS地统计分析向导工具挑选合适的变异函数模型,确定变异函数，进行Kriging插值，获得高分辨率的形变速率图。利用PS-InSAR技术列出的ASAR数据进行处理,得到研究区域PS点的线性形变速率，对PS点的残余相位进行空间低通滤波，采用不同的滤波窗口和滤波方法进行试验，计算滤除大气延迟相位后残余相位的结构函数的幂律指数。

进一步，分析的数据包括SAR影像图，用于差分干涉采用SRTM数据高程模型和Envisat卫星精密轨道数据。通过聚类Voronoi图检验局部离群值，利用相邻PS点目标线性形变速率的平均值代替其原始值计算出得到测试数据，然后从所有PS点中随机选出的测试数据均匀分布于整个研究区域，分别对局部离群值处理前后PS点目标的线性形变速率进行内插。