[发明专利]地基真实孔径雷达与点云数据映射配准方法

说明书

地基真实孔径雷达与点云数据映射配准方法，所述方法包括利用地基真实孔径雷达，通过大范围点源扫描方式对边坡进行连续监测；由边坡监测区域内若干个准静态强散射体目标散射回波信号可获得边坡三维图像信息获得三维图像信息的具体步骤包括在频域内对原始散射回波信号进行加窗滤波处理。其目的在于提供一种可以准确获取边坡空间内主散射体目标信息，并与矿山及山体滑坡、大坝等各种应用场合的地形数据进行三维映射配准，有利于工作人员对监测区域变形位移情况判读解译，并可避免出现成像目标大幅偏离边坡空间位置的异常情况的地基真实孔径雷达与点云数据映射配准方法。

技术领域

本发明涉及一种地基真实孔径雷达与点云数据映射配准方法。

背景技术

随着经济建设的高速发展及自然因素的影响，我国滑坡灾害呈逐年加重趋势。通过雷达获取边坡三维成像，进而与高密度点云数据映射配准，便于工作人员直观研判边坡监测区域形变位移情况，提升隐患边坡稳定性分析效率，对于滑坡灾害预警预报有重要意义。

基于微波遥感技术的边坡监测研究起源于上世纪90年代的空间技术，利用ERS-1，JERS-1，RADARSAT-1和ERS-2等卫星通过雷达图像中的相位信息探测地表变形。因重访周期和定点连续测量等滑坡预警实际要求，由星载逐渐发展到地基平台。此后几乎每十年一次技术跨越，经历了实验室验证、商用化产品及国产化实现等几个阶段，目前该技术在自然边坡、桥梁、采场露天边坡、高塔、大坝及山体滑坡、坍塌类事故应急救援中均有实际应用。

根据数据采集方式和信号处理方法的不同，地基微波遥感边坡监测系统可以分为合成孔径边坡雷达系统和真实孔径边坡雷达系统两类。地基真实孔径雷达通过射频收发系统与伺服转台系统的精确配合，可快速获得边坡区域内强散射特性目标在空间中的分布，便于全方位三维识别成像，同时具备移动性强的优势，尤其适用于现代岩土工程产生的大面积、近距离高陡边坡(如露天矿、尾矿库边坡等)形变监测。

映射配准的实质就是选择最优的数据间坐标空间变换。配准的过程也就是“确定空间变换模型——求解变换模型参数”的过程。由于各类遥感监测方式间成像机理存在差异，针对同一边坡区域获取的异源遥感数据具有不同的分辨率、灰度值、光谱时相及景物特征等，这使它们之间的映射配准远远未达到快速和高精度的要求。因此，地基真实孔径雷达与点云数据映射配准技术是一个值得深入研究的课题。

归一化幅度、相干性是边坡三维成像的数据基础，可为获取边坡三维成像提供了决策依据，然而，若仅仅依据峰值点幅度阈值或幅度、相干性阈值进行三维成像处理，则可能出现成像目标大幅偏离边坡空间位置的异常情况，影响边坡形变监测研判分析效率。

现有的雷达图像与异源遥感数据映射配准算法主要有以下几种：

(1)获取传统雷达二维图像的基础上，利用雷达极坐标系与空间几何坐标系间几何投影关系求解雷达成像目标的三维空间坐标。

(2)基于边缘特征提取的配准算法，即在提取雷达图像和点云数据边缘特征的基础上按照一定的相似性测度进行匹配。缺点是依赖图像边缘的准确提取，如果边缘提取不够准确则配准效果就受到影响。

(3)基于封闭区域的配准算法，采用各种分割的方法提取封闭区域或子区，在闭合区域边缘进行匹配，精度和基于边缘类似，但是必须要求图像上存在封闭的边缘，如果没有封闭的边缘则很难实现配准。

(4)基于数据互相关的配准算法，但是异源数据机理差异大，互相关匹配的方法并不能完全有效。

传统雷达二维图像仅能获取边坡空间内目标在斜距-方位平面的二维投影图像，另需借助三维激光扫描仪、无人机等地形测绘手段来克服图像因缺失散射目标高程信息而造成的叠掩、透视缩短、阴影等问题，给工程应用、应急救援工作带来不便。地基真实孔径雷达独特的三维成像能力，可将雷达图像与边坡监测场景更加准确直观对应，为滑坡、坍塌灾害的预警预报工作提供可靠信息。目前关于雷达图像与应用场景映射配准的研究主要局限在二维平面内，如果图像特征提取或几何投影关系不够准确则配准效果就受到影响。