[发明专利]一种基于空天地一体化观测的库岸形变监测方法

说明书

本发明公开了一种基于空天地一体化观测的库岸形变监测方法，该监测方法首先利用星载InSAR对库岸边坡进行大范围形变监测预警，获取重点需要加强监测的库岸边坡；然后利用无人机载InSAR技术对小范围边坡进行观测；接着利用船载/地基SAR对预警边坡进行重点监测，获取重点监测库岸边坡的预警信息；最后将这些预警信息通过应用程序分别发送至管理部门。最终实现水利水电库坝边坡形变监控的空天地多层次关键技术。该技术可以长周期内在较大空间尺度上观测库岸边坡的变形情况，同时提高了重点边坡观测的精度。

技术领域

本发明属于库岸变形监测领域，涉及一种库岸变形监测方法，具体涉及一种基于空天地一体化观测的库岸形变监测方法。

背景技术

目前水电枢纽工程均已布设了内外观各类传感器和智能化控制设备，已有部分水电站已实施监测自动化工作如：小湾、糯扎渡、漫湾、苗尾、功果桥等。工程安全监测的相关数据均已顺利传输至数据中心。但是对于库岸滑坡体、公路边坡等缺少监测手段无法对滑坡做出预警。同时，这些滑坡体和边坡具有坡度高难以攀爬、交通不便、数量庞大等特点，在这些滑坡体和边坡上布置传统内外观传感器显得异常困难，即使勉强可以布设，所获取的也只能是“点状”监测信息，难以获取边坡“面状”动态变化信息。此外，系统运行与维护成本也非常之高。

合成孔径雷达干涉(InSAR)测量技术是一种高精度对地观测技术，与传统监测手段相比，具有高精度、全天候、全天时、大区域进行对地观测的优势。1991年和1995年，ESA(欧洲航天局/欧洲太空总署)相继发射了雷达卫星ERS-1和ERS-2，2002年又发射了ENVISAT卫星，这些卫星为InSAR技术的研究和应用提供了大量的SAR(雷达干涉)数据，其稳定的数据源和可靠的轨道控制为广泛进行InSAR技术应用提供了基础。同时加拿大的RADARSAT卫星、日本的JERS卫星以及ALOS卫星也都为开展InSAR技术的应用提供了更多的SAR数据。在地形测图方面，美国SRTM(Shuttle Radar Topography Mission航天飞机雷达地形测绘使命)任务利用11天时间获取了全球80％地区的DEM数据，其空间分辨率和测量精度均达到应用的要求。

随着SAR技术和干涉理论的发展，其逐步走向工程化应用。监测对象也由早期的大尺度的地震形变场转化为小尺度的地表沉降。如Ferretti等利用提出PS-DInSAR(永久散射体合成孔径雷达差分干涉)技术方法，成功应用到安科纳地区的滑坡监测，得出该滑坡的线性运动速度在3mm/年左右。Colesanti等人对地不同卫星图像融合等进行了PS-DInSAR的研究实验，得出不同频率雷达影像之间可以融合一起进行PS-DInSAR处理，提高了成功率，同时不断改进相关模型算法，并与GPS和水准等可靠数据进行比较，验证了PS-DInSAR技术可以监测到地表mm级的形变量。D.Perissin也利用INSAR时间序列分析方法研究了中国的上海、天津、巴东地面沉降和三峡大坝的形变情况。

范景辉等利用2003-2004年9景ENVISAT ASAR数据，采用干涉图叠加方法，对天津地区地面沉降进行了DInSAR监测实验，获得季度平均沉降速率图，有效揭示了实验区地面沉降的空间分布及相对形变量。2007年，葛大庆等引入了基于相干点目标的多基线DInSAR数据处理算法，利用2004-2005年的12幅SAR影像提取了沧州地区的地表沉降线性速率及其演变状况。2008年，ZHAO Qing等利用6幅ENVISAT ASAR影像，基于干涉图叠加法，对珠江三角洲的地面沉降进行了研究，发现因城市化发展导致的广州、佛山、东莞等地的地面沉降现象非常明显，并利用PS方法对干涉图叠加结果进行了验证，结果表明两者在广州越秀区和海珠区相一致。

InSAR应用于大坝监测也有不少案例。廖明生等人结合当前雷达差分干涉测量(D-InSAR)技术的发展，以TerraSAR-X数据为例,重点研究高分辨率SAR数据在三峡库区滑坡监测中的应用。实验结果表明，利用高分辨率SAR影像幅度和差分干涉相位信息，可以成功地检测到三峡库区滑坡发生所处的时间段、地点以及形变,验证了高分辨率雷达数据InSAR技术进行滑坡检测的有效性。