[发明专利]一种基于桥梁多次散射的河流水位监测方法

说明书

本发明公开了一种基于水上桥梁多次散射机理的遥感水位监测方法，该方法利用时间序列SAR图像，基于桥梁在水上的多次散射机理，通过追踪桥梁边缘的多次散射回波信号的相对位置变化，完成桥梁下水位的变化估计，拓展了遥感水位监测技术的应用场景。本发明的技术方案包括如下步骤：获取包含桥梁整体结构的时间序列SAR图像，从中提取桥梁多次散射信号。桥梁上一点距水面的高度估计通过该点的多次散射之间任意相邻两次散射的斜距差反演得到。本发明和传统遥感水位监测方法相比，明显降低了监测任务的实施条件，为水文数据采集与分析提供了一种高效技术方法，本发明拓展了遥感水位监测技术的应用场景。

技术领域

本发明涉及雷达信号处理技术领域，具体涉及一种基于桥梁多次散射的河流水位监测方法。

背景技术

地表河流水位监测在水文领域非常重要，它可以描述水域的水流量，并帮助人类分析预测洪水灾害。因此有必要对河流、湖泊、水库等水域进行定期监测。传统的河流监测手段是沿地表水流布设现场的测量仪，通过定期的数据采集，描述水位在时间与空间上的分布，包括超声波水位计、雷达水位计、激光水位计等，此类传感器被安装于水面上方，通过测量脉冲回波时间计算水位变化。然而布设该设施需要额外的人力与财务，在许多欠发达国家或交通不便的偏远地区，现场测量仪器难以布设与维护。使得传统水位测量方法的应用范围受到限制，需要一类远程获取水位信息的方法克服该困难。

随着卫星对地遥感技术的进步，出现了一些基于遥感图像的水位测量技术：基于图像变化检测可以提取出水位的变化情况，但需要结合遥感图像外的手段获取的水面高度信息，建立水位与水域面积的关系才能实现水位监测任务，水面测高数据的覆盖限制了这类方法的可用范围；基于卫星遥感的InSAR技术可以定量提取水位变化信息，精度达厘米尺度，但由于InSAR技术对相干性的要求，只能应用于湿地、水库等特定场景，无法应用于一般水域。

因此需要一种新方法拓宽遥感水位测量技术的应用场景。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于水上桥梁多次散射机理的遥感水位监测方法，该方法利用时间序列SAR图像，基于桥梁在水上的多次散射机理，通过追踪桥梁边缘的多次散射回波信号的相对位置变化，完成桥梁下水位的变化估计，拓展了遥感水位监测技术的应用场景。

为达到上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：获取包含桥梁整体结构的时间序列SAR图像，从中提取桥梁多次散射信号。桥梁上一点距水面的高度估计通过该点的多次散射之间任意相邻两次散射的斜距差反演得到。

优选地，获取包含桥梁整体结构的时间序列SAR图像之后，从中提取桥梁多次散射信号之前，还包括对SAR图像进行如下处理：

针对时间序列SAR图像进行亚像素级配准，并将图像升采样。

取出时间序列SAR图像中幅度图像数据，对幅度图像数据进行中值滤波，消除孤立噪声点。

对中值滤波后的幅度图像数据进行桥梁方向检测，得到桥梁方向直线。

利用桥梁方向直线矫正时间序列SAR图像中各景SAR图像中桥梁的倾斜，使桥梁的能量垂直距离向分布，得到桥梁方向校正后的SAR图像。

优选地，对中值滤波后的幅度图像数据进行桥梁方向检测，得到桥梁方向直线，具体包括如下步骤：

取中值滤波后的幅度图像数据作为待处理图像。

搜索待处理图像中每一行像素的最大值，并记录其所在的行数和列数，将待处理图像中最大值位置的像素均设为1，其余设为0，构造成一个二值矩阵，作为桥梁方向估计的样本，即为最大值矩阵。