一種城市建筑物風險等級InSAR評估和預測方法技術

本發明專利技術公開了一種城市建筑物風險等級InSAR評估和預測方法，本發明專利技術屬于建筑物風險預測領域，包括：獲取城市建筑物的多通道SAR影像，提取多通道SAR影像中監測點，基于監測點的區域，得到城市建筑物的InSAR監測結果，其中監測點包括：永久散射體和分布式散射體；獲取建筑物輪廓，基于建筑物輪廓和InSAR監測結果，得到形變參數，基于形變參數，對建筑物進行風險等級評估，其中形變參數包括：形變速度參數和角度畸變參數；構建應力

【技術實現步驟摘要】
一種城市建筑物風險等級InSAR評估和預測方法


[0001]本專利技術屬于建筑物風險預測領域，特別是涉及一種城市建筑物風險等級InSAR評估和預測方法。

技術介紹

[0002]城市化快速發展，人類活動愈加頻繁。城市基礎設施建設，尤其是地下工程，常導致地面沉降，進而危及臨近建筑物。為保障人民生命財產安全，有必要對地面沉降和建筑物風險等級進行準實時評估和預測。
[0003]當前大地測量技術隨已經在沉降監測方面得到成熟應用，但是，諸如全球定位系統和水準測量技術，考慮成本，無法實現成規模的大范圍沉降監測。干涉合成孔徑雷達遙感技術(InSAR)已經被證實能有效實現大范圍區域監測的技術手段。利用微波信號，在多云多雨條件下，也可實現全天候監測。永久散射體InSAR技術利用多幅SAR圖像識別永久散射體(PSs)，更是使測量精度達到了毫米級別。PSs指的是SAR圖像上較為穩定的點，對應于監測場景中的高反射物體(如金屬結構和裸露巖石)。為了增加低相干區域(如植物和路面)的點，有學者提出SqueeSAR來提取分布式散射體(DSs)。DSs與臨近像素有相似的反射率值，因此DSs的相干性可以通過同質濾波得到改善。除算法上的優化，SAR衛星在過去十年中也取得了重大進展。特別是X波段高分辨率衛星(如TerraSAR
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X和COSMO
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SkyMed)的發射，相比于C波段衛星影像，分辨率提升，每平方公里像素點個數達到數萬個。對建筑物，橋梁等需高精度測量的基礎設施的形變監測提供了有力保障。實用型哨兵一號衛星(Sentinel
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1)衛星的發射實現了全球范圍內定期監測，每次重訪時間達到12天，為大范圍實時監測提供了保障。隨著InSAR算法優化和SAR衛星的發展，InSAR已經被廣泛應用于大區域尺度下建筑物風險評估。例如，有學者使用多時空InSAR(MTInSAR)和相對剛度方法結合的方法對倫敦Crossrail地下施工造成的建筑風險進行了評估，亦有學者使用多傳感器衛星圖像評估了滑坡運動引發建筑物損毀程度進行了評估。雖然InSAR在建筑物風險等級評估上的能力已經得到證明，其在建筑物形變和風險等級預測方面的應用相對較少。

技術實現思路

[0004]本專利技術的目的是提供一種城市建筑物風險等級InSAR評估和預測方法，以解決上述現有技術存在的問題。
[0005]為實現上述目的，本專利技術提供了一種城市建筑物風險等級InSAR評估和預測方法，包括：
[0006]獲取城市建筑物的多通道SAR影像，提取所述多通道SAR影像中監測點，基于所述監測點的區域，得到城市建筑物的InSAR監測結果，其中所述監測點包括：永久散射體和分布式散射體；
[0007]獲取建筑物輪廓，基于建筑物輪廓和所述InSAR監測結果，得到形變參數，基于所述形變參數，對建筑物進行風險等級評估，其中所述形變參數包括：形變速度參數和角度畸
變參數；
[0008]對所述InSAR監測結果進行時序融合，得到SAR影像的時間序列，構建應力
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孔隙水壓力模型，將所述時間序列輸入至應力
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孔隙水壓力模型，得到數值模擬結果，基于設置好的建筑物風險等級，對數值模擬結果進行建筑物風險預測。
[0009]優選地，所述多通道SAR影像包括TerraSAR
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X衛星影像、COSMO
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SkyMed衛星影像和Sentinel
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1衛星影像。
[0010]優選地，提取所述多通道SAR影像中監測點的過程包括：
[0011]對所述多通道SAR影像進行預處理，基于預處理后的多通道SAR影像，構建雙層網絡，通過雙層網絡提取所述多通道SAR影像中監測點。
[0012]優選地，通過雙層網絡提取所述SAR影像中監測點的過程包括：
[0013]構建第一層網絡，基于波束成形法得到初步估計參數，基于所述初步估計參數，得到永久散射體；其中所述初步估計參數包括：高度參數和形變速度參數；
[0014]基于預處理后的多通道SAR影像，通過相干加權相位連接，構建二層網絡，通過時間相干性閾值，識別多通道SAR影像中的像素，得到分布式散射體。
[0015]優選地，得到形變參數的過程包括：
[0016]將形變速度參數生成為空間上連續的柵格數據，基于所述柵格數據得到建筑物輪廓，基于建筑物輪廓和所述InSAR監測結果，計算建筑物形變參數。
[0017]優選地，對建筑物風險等級進行風險評估的過程包括：
[0018]獲取風險評估指標，基于建筑物形變參數，通過風險評估指標，對建筑物進行風險等級評估；
[0019]其中所述風險評估指標包括：建筑物傾斜方向、年均最小沉降、年均最大沉降，差異性沉降和角度畸變。
[0020]優選地，將所述時間序列輸入至應力
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孔隙水壓力模型的過程包括：
[0021]構建應力
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孔隙水壓力模型，基于InSAR監測結果，反演得到土壤參數，將所述土壤參數輸入應力
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孔隙水壓力模型，分別對底層形變和孔隙水壓力進行數值模擬。
[0022]優選地，對數值模擬結果進行建筑物風險預測的過程包括：
[0023]將地下水位變化參數和外力變化參數輸入至應力
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孔隙水壓力模型，基于設置好的建筑物風險等級，通過改變所述地下水位變化參數和所述外力變化參數，預測建筑物風險等級。
[0024]本專利技術的技術效果為：
[0025]本專利技術一種城市建筑物風險等級InSAR評估和預測方法，利用多通道衛星對城區的持久性和分布性散射體的形變進行聯合監測，利用多時空InSAR和數值模擬來監測和預測建筑物形變和風險等級。首先，在城區尺度上，利用地面沉降以及角度畸變評估建筑物風險等級，以確定潛在的危險建筑。然后，以高分辨率InSAR數據的時序作為輸入進行參考，結合地質條件，反演危險建筑所處區域的地質和水文條件。最后，改變水文條件以及外部載荷條件周邊建筑物風險等級進行預測。本專利技術能夠推廣至其他容易發生地面沉降的快速發展城區，對城區建筑物進行風險評估，提高對人類活動引起的地面沉降動態行為的認知。
附圖說明
[0026]構成本申請的一部分的附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。在附圖中：
[0027]圖1為本專利技術實施例中的方法流程圖；
[0028]圖2為本專利技術實施例中的X波段的衛星影像圖，其中圖2(a)為PS和DS形變速度圖；圖2(b)為克里金插值后的形變速度圖；圖2(c)為建筑物風險評估參數示意圖；
[0029]圖3為本專利技術實施例中的地質圖，其中圖3(a)為香港九龍區地質圖；圖3(b)為深圳福田區地質圖；
[0030]圖4為本專利技術實施例中的影像時空基線圖，圖4(a)TerraSAR
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X九龍區影像時空基線本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種城市建筑物風險等級InSAR評估和預測方法，其特征在于，包括以下步驟：獲取城市建筑物的多通道SAR影像，提取所述多通道SAR影像中監測點，基于所述監測點的區域，得到城市建筑物的InSAR監測結果，其中所述監測點包括：永久散射體和分布式散射體；獲取建筑物輪廓，基于建筑物輪廓和所述InSAR監測結果，得到形變參數，基于所述形變參數，對建筑物進行風險等級評估，其中所述形變參數包括：形變速度參數和角度畸變參數；對所述InSAR監測結果進行時序融合，得到SAR影像的時間序列，構建應力
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孔隙水壓力模型，將所述時間序列輸入至應力
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孔隙水壓力模型，得到數值模擬結果，基于設置好的建筑物風險等級，對數值模擬結果進行建筑物風險預測。2.根據權利要求1所述的城市建筑物風險等級InSAR評估和預測方法，其特征在于，所述多通道SAR影像包括TerraSAR
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X衛星影像、COSMO
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SkyMed衛星影像和Sentinel
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1衛星影像。3.根據權利要求1所述的城市建筑物風險等級InSAR評估和預測方法，其特征在于，提取所述多通道SAR影像中監測點的過程包括：對所述多通道SAR影像進行預處理，基于預處理后的多通道SAR影像，構建雙層網絡，通過雙層網絡提取所述多通道SAR影像中監測點。4.根據權利要求3所述的城市建筑物風險等級InSAR評估和預測方法，其特征在于，通過雙層網絡提取所述SAR影像中監測點的過程包括：構建第一層網絡，基于波束成形法得到初步估計參數，基于所述初步估計參數，得到永久散...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬培峰，鄭毅，張正加，武哲戎，于暢，
申請(專利權)人：馬培峰，
類型：發明
國別省市：