地基InSAR提取滑坡位移向量的方法、系统及存储介质技术方案

本发明专利技术提供一种地基InSAR提取滑坡位移向量的方法、系统及存储介质，其中方法包括如下步骤：首先根据数字高程信息提取滑坡场景中目标位置的坡向和坡度；再基于单视图像的地基InSAR，测量得到雷达到目标位置的视线（LOS）方向位移；最后将步骤S2获得的视线（LOS）方向位移投影到步骤S1中坡向和坡度所确定的最大坡度方向上，从而获得滑坡位移向量。本发明专利技术提供的方法、系统及存储介质，能够通过LOS方向位移结合三维地形对实际滑坡大小和方向进行估计。小和方向进行估计。

【技术实现步骤摘要】
地基InSAR提取滑坡位移向量的方法、系统及存储介质


[0001]本专利技术涉及合成孔径雷达
，尤其涉及一种基于单视图像的地基InSAR沿最大坡度方向提取滑坡位移向量的方法、系统及存储介质。

技术介绍

[0002]地基干涉合成孔径雷达（Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR）是一种有效的边坡稳定监测遥感技术手段，相比星载、机载干涉合成孔雷达和三维激光、摄影测量等手段，具有远距离非接触监测、形变测量精度高、数据更新率高、不受气候光照影响等优点，成为灾害隐患现场持续监测和早期预警的重要装备。
[0003]但地基InSAR由于其原理性的限制，即测量得到的相位干涉差仅能获取视线（LOS）方向的位移量。而实际滑坡发生的位移方向往往与雷达LOS方向不一致，此时雷达测量到的方向实际上是实际滑坡位移向量在LOS方向的投影。因为这一局限性，地基InSAR往往用于趋势性边坡形变测量，难以对边坡形变进行定量分析。因此，地基InSAR如何获取实际边坡位移大小和方向（或位移向量）一直是研究的热点之一。
[0004]传统的获取实际边坡位移向量的方法，在条件许可下，一般可以通过多视图像，也即多个SAR轨道从不同视角对同一场景生成的图像，对同一位置处提取不同视角的位移值，再通过三角运算获得二维或三维位移值，然后合成实际位移向量。多轨图像一般通过同一平台按不同轨道运行、或不同平台按不同轨道运行获得。在地基InSAR应用中，比较典型的包括《一种基于多基地MIMO
‑r/>SAR的三维形变监测系统》（CN 104849712 A）和《Multi
‑
static MIMO
‑
SAR Three Dimensional Deformation Measurement System》（10.1109/APSAR.2015.7306212）提出利用三个空间上分布的MIMO雷达对同一场景进行监测，从而通过三角投影关系解算出该场景的三维形变场的方法；但是利用地基InSAR进行边坡监测，特别是对地质灾害进行应急监测的应用中，从成本和部署难度考虑，往往难以布置多个设备或一个设备在多个位置对同一场景进行监测。
[0005]在星载InSAR应用中，可以采用多孔径干涉（MAI）技术通过方位向滤波器将SAR孔径分成若干子孔径，并利用子孔径形成方位向的多视图像估计方位和距离二维位移值。但地基SAR孔径很短，即使分为若干子孔径，子孔径的视角变化非常小，实际上方位向估计精度很差；也有研究表明，采用偏移量跟踪（OT）方法通过时序图像中相邻图像的互相关获取场景在方位和距离二维上亚分辨率级位移，一般位移测量精度可以达到分辨率的1/30到1/10。但由于地基SAR孔径很短，方位向分辨率往往不高（如5mrad方位角分辨率在1公里处对应方位向分辨率5米），此方法位移测量精度无法满足边坡稳定监测毫米级的需求；在地下采矿引起的地表沉降、冰川移动等特殊情况下，也可以通过基于裂缝发育等先验知识对三维位移进行估计，但该方法对于大多数边坡并不适用。
[0006]因此，本领域存在极大不足，考虑到地基InSAR多视图像获取工程上的困难性，亟需一种基于单视图像的地基InSAR提取实际滑坡位移向量的方法、系统，既能够降低成本和
部署难度，又能保证测量精度。

技术实现思路

[0007]鉴于上述现有技术的不足之处，本专利技术提供一种基于单视图像的地基InSAR提取实际滑坡位移向量的方法、系统及存储介质，能够通过LOS方向位移结合三维地形对实际滑坡大小和方向进行估计，且设备成本低和部署难度低，还能保证测量精度。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采取了以下技术方案：地基InSAR提取实际滑坡位移向量的方法，包括步骤：S1、根据数字高程信息提取滑坡场景中目标位置的坡向和坡度；S2、基于单视图像的地基InSAR，测量得到雷达到目标位置的视线（LOS）方向位移；S3、将步骤S2获得的视线（LOS）方向位移投影到步骤S1中坡向和坡度所确定的最大坡度方向上，从而获得实际滑坡位移向量。
[0009]作为上述方案进一步的改进，在所述步骤S1中，提取滑坡场景的坡向和坡度时，三维地形的坡度图和坡向图利用GDAL（https://gdal.org）的gdaldem slope/aspect命令生成，或ArcGIS、QGIS相关工具软件获得。
[0010]作为上述方案进一步的改进，对获得的滑坡场景的坡度图和坡向图进行平滑滤波，如合适窗大小的均值、高斯等滤波器，以抑制小尺度坡度和坡向带来的噪声。
[0011]作为上述方案进一步的改进，在步骤S3中，坡向和坡度所确定的最大坡度方向的方法如下，雷达监测的目标位置的单位向量的三维坐标表示如下：则坡向和坡度所确定的最大坡度方向即为指向单位向量的三维坐标的方向。
[0012]作为上述方案进一步的改进，通过地理角度定义或几何角度定义来获取坡向；坡向以地理角度定义顺时针增加，以正北方向为0
°
角度；或者坡向以几何角度定义逆时针增加，以东方向为0
°
角度；且地理角度和几何角度存在以下关系：，其中为目标位置的坡向地理角度，为目标位置的坡向几何角度。
[0013]作为上述方案进一步的改进，在步骤S2中，视线（LOS）方向的获取步骤如下：
S21：假设雷达位置的经纬高坐标为，其中分别为雷达的经度、纬度和高度对应的地理坐标；雷达监测的目标位置的经纬高坐标为，其中分别为目标位置的经度、纬度和高度对应的地理坐标；S22：以目标位置为直角坐标系为零点，重建三维直角坐标系，则雷达的直角坐标为：其中为地球周长，则视线（LOS）方向即为指向的方向。
[0014]作为上述方案进一步的改进，视线（LOS）方向和最大坡度方向的夹角为：。
[0015]作为上述方案进一步的改进，沿最大坡度方向的实际位移量为，则其中为单视图像的地基InSAR测量得到的视线（LOS）方向位移量；由此，对于滑坡场景中任何一点地基InSAR获得的视线（LOS）方向位移，都可得到其沿最大坡度方向的实际位移。
[0016]本专利技术还提供一种地基InSAR提取实际滑坡位移向量的系统，包括：坡向和坡度获取模块，用于获取目标位置的坡向和坡度；最大坡度方向生成模块，与所述坡向和坡度获取模块连接，用于根据坡向和坡度得到目标位置的单位向量的三维坐标；视线（LOS）方向获取模块，用于获取雷达到目标位置的视线（LOS）方向；视线（LOS）方向和最大坡度方向的夹角计算模块，分别与所述最大坡度方向生成模块和视线（LOS）方向获取模块连接，用于计算得到视线（LOS）方向和最大坡度方向的夹角；实际位移量获取模块，与所述视线（LOS）方向和最大坡度方向的夹角计算模块连接，用于计算实际滑坡位移向量。
[0017]本专利技术还提供一种存储介质，所述存储介质上存储有地基InSAR提取滑坡位移向量的方法，所述地基InSAR提取滑坡位移向量的程序被处理器执行时实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地基InSAR提取滑坡位移向量的方法，其特征在于，包括步骤：S1、根据数字高程信息提取滑坡场景中目标位置的坡向和坡度；S2、基于单视图像的地基InSAR，测量得到雷达到目标位置的视线方向位移；S3、将步骤S2获得的视线方向位移投影到步骤S1中坡向和坡度所确定的最大坡度方向上，从而获得滑坡位移向量。2.根据权利要求1所述的地基InSAR提取滑坡位移向量的方法，其特征在于，在步骤S3中，根据坡向和坡度所确定的最大坡度方向的方法如下，雷达监测的目标位置的单位向量的三维坐标表示如下：则坡向和坡度所确定的最大坡度方向即为指向单位向量的三维坐标的方向。3.根据权利要求2所述的地基InSAR提取滑坡位移向量的方法，其特征在于，通过地理角度定义或几何角度定义来获取坡向；坡向以地理角度定义顺时针增加，以正北方向为0
°
角度；或者坡向以几何角度定义逆时针增加，以东方向为0
°
角度；且地理角度和几何角度存在以下关系：，其中为目标位置的坡向地理角度，为目标位置的坡向几何角度。4.根据权利要求1
‑
3任意一项所述的地基InSAR提取滑坡位移向量的方法，其特征在于，在步骤S2中，视线方向的获取步骤如下：S21：假设雷达位置的经纬高坐标为，其中分别为雷达的经度、纬度和高度对应的地理坐标；雷达监测的目标位置的经纬高坐标为，其中分别为目标位置的经度、纬度和高度对应的地理坐标；S22：以目标位置为直角坐标系为零点，重建三维直角坐标系，则雷达的直角坐标为：
其中为地球周长，视线方向即为指向的方向。5.根据权利要求4所述的地基InSAR提取滑坡位移向量的方法，其特征在于，视线方向和最大坡度方向的夹...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋千，
申请(专利权)人：湖南吉赫信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：