一種基于高鐵結構體的psi沉降監測結果處理方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于高鐵結構體的PSI沉降監測結果處理方法，根據高鐵結構體幾何特征以及其時空域的沉降特點，將高鐵結構體上的PS點進行歸中，提出應用高程改正值與沉降斜率值為指標進行移動濾波、對局部PS點堆積現象進行平均處理，剔除高鐵結構體上殘差較大的PS點，優化高鐵結構體上PS點的分布，提高高鐵結構體沉降監測精度。具體步驟包括：提取高鐵結構體上PS點，對PS點進行歸中處理，應用PS點的高程改正值進行第一次移動濾波處理以剔除高程改正值異常的PS點，根據相鄰PS點沉降速率值進行第二次移動濾波提取存在異常的PS點，對異常PS點進行處理，采用平均方法稀釋局部存在點堆積現象的PS點，在時空維上分別求取任意里程點、任意時間周期上的序列沉降信息。本發明有效的提高了PSI沉降監測技術用于高鐵結構體沉降監測的精度。
【專利說明】—種基于高鐵結構體的PSI沉降監測結果處理方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及高鐵沉降監測技術，特別是涉及采用PSI沉降監測方法進行高鐵結構體沉降監測的技術。

【背景技術】
[0002]近年來，DInSAR(DifferenceInterferometric SAR,差分合成孔徑雷達干涉測量)技術已經成為區域沉降監測最有效和常用的手段，利用DInSAR技術，能夠采用非接觸的方式，對地表上某個研究區域在一定周期內的微小形變量進行監測，這種方法尤其適用于地表區域沉降監測。這種技術受到時空失相干及大氣的影響較大，監測精度一般在厘米級。為了提高精度，研究人員提出了 PSI (Permanent Scatterer Interferometric SAR,永久散射體合成孔徑雷達干涉測量)技術，這種技術把關注的重點整個SAR影像轉移到了相關性良好的PS(Permanent Scatterer,永久散射體)點,在降低時空失相干影響的同時,大大提高了解纏的精度，將形變監測精度提高到毫米級，這為PSI沉降監測技術在高鐵結構體沉降監測中的應用提供了理論基礎。
[0003]已有的研究成果表明，使用高分雷達數據，采用PSI技術可以對高鐵結構體進行沉降監測。高鐵結構體對微波雷信號達來說是強反射體，且高鐵結構體比較穩定，出現局部突然變化的可能性極小，是PSI技術中非常好的天然PS點來源。利用PSI技術對高鐵結構體進行沉降監測是通過識別并提取高鐵結構體上的PS點，經分析處理獲取這些PS點目標的時間序列沉降信息，通過高鐵結構體上PS點沉降信息處理，來獲取高鐵結構體在時空維上的沉降變化信息。
[0004]直接從PSI沉降監測結果中提取高鐵結構體上的PS點進行沉降分析，面臨以下問題:(I)因為高鐵結構體寬度有限，受線位平面與PS點配準精度影響，容易將地表的PS點誤選為高鐵結構體上的PS點；(2)由于PS點反映的是一個像素范圍內散射體的綜合反射信息，容易導致將地表PS點誤選為結構體上的點，或者將結構體上的PS點誤判為地表上的PS點，造成監測結果的不穩定；(3)高鐵結構體上的PS點的不連續性容易導致內插時出現錯誤；(4)高鐵結構體上也存在一些質量不高的PS點，這些點會影響到高鐵結構體上局部監測精度；(5)高鐵沉降在空間維和時間維都有顯著的特點，沒有結合其特點選取合適的數學模型難以保證所提取的高鐵結構體上PS點精度。以上問題都會影響到高鐵結構體沉降監測的精度。
[0005]目前基于PSI技術對高鐵結構體沉降監測正處于研究改進和發展中，還沒有專門針對高鐵結構體的PSI沉降監測結果優化處理的方法。


【發明內容】

[0006]針對目前PSI沉降監測技術在高鐵結構體沉降監測應用中存在的問題，尤其是針對高鐵結構體沉降結果優化處理問題，本發明推出一種基于高鐵結構體的PSI沉降監測結果處理方法。其目的在于，結合高鐵結構體空間幾何特征以及高鐵結構體沉降時空特征，對采用PSI方法提取的高鐵結構體上的PS點進行優化處理，分離高鐵結構體與非結構體上的PS點，同時結合高鐵結構體沉降時空特征，采用移動濾波技術剔除高鐵結構體上存在明顯誤差的PS點。該方法有效的提高了 PSI沉降監測技術在高鐵結構體沉降監測應用中的精度。
[0007]本發明所涉及的一種基于高鐵結構體的PSI沉降監測結果處理方法，具體技術步驟包括:提取高鐵結構體PS點，PS點歸中處理，基于高程改正值的PS點濾波處理，基于沉降速率差的PS點移動濾波處理，異常PS點處理，稀釋堆積的PS點，提取時空維上沉降信肩、O
[0008]S1、提取高鐵結構體PS點
[0009]利用PSI沉降監測技術對高鐵研究區域內的SAR數據進行處理，并從PSI沉降監測結果中分離出高鐵結構體上的PS點，建立高鐵結構體PS點集合PS1。
[0010]S2、PS點歸中處理
[0011]根據高鐵線位與高鐵結構體上PS點位置關系，計算任意PS點與高鐵線位里程之間的關系，并將PS點歸中至高鐵中心線位對應的里程上，使得高鐵結構體上的PS點由空間二維分布轉換為一維分布，并按照里程方向重新排列。
[0012]S3、基于高程改正值的PS點濾波處理
[0013]對于PSl，利用PSI處理過程中得到的PS點高程改正值，和對應的PS點位置處高鐵結構體表面高程與地形高程的差值進行比較，尋找存在明顯異常的PS點并從PS點集合中刪除，得到更新后的高鐵結構體PS點集合PS2。
[0014]S4、基于沉降速率差的PS點移動濾波處理
[0015]計算PS2中每一個PS點的沉降速率，計算相鄰PS點之間沉降速率的差值，設定相鄰PS點沉降速率的差值的閾值，通過比較相鄰PS點的沉降速率的差值與所設定的閾值的關系，分離出存在異常的PS點集合PS3，得到新的高鐵結構體PS點數據集合PS4。
[0016]S5、異常PS點處理
[0017]對S4中分離出來的異常PS點集合PS3，結合高鐵沉降先驗知識進行分析，在先驗知識不足的情況下，需要借助水準、GPS等手段輔助進行實地監測和檢測。并將確認的非錯誤PS點重新并入集合PS4中，形成新的高鐵結構體PS點集合PS5。
[0018]S6、稀釋堆積的PS點
[0019]對空間上相隔太近，在局部形成不均勻分布的PS點堆積現象，根據高鐵結構體沉降在空間域具有強相關性的特點，對相鄰的PS點堆做平均處理形成新的單一 PS點，得到新的高鐵新結構體PS點數據集合PS6。
[0020]S7、提取時空維上沉降信息
[0021 ] 根據S6步驟處理后的PS點集合PS6，分別在時間維和空間維建立三次樣條B插值函數模型，根據該模型求取高鐵結構體上任意里程點位處的沉降信息。
[0022]本發明所涉及的一種基于高鐵結構體的PSI沉降監測結果處理方法，通過歸中處理、基于高程改正值和相鄰點形變值斜率差兩個指標的移動濾波、PS點堆積壓縮處理、以及時空維上形變信息的優化處理，提高了 PSI沉降監測技術應用于高鐵結構體沉降監測的精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發明所述的一種基于高鐵結構體的PSI沉降監測結果處理方法的流程圖。
[0024]圖中標記說明:
[0025]S1、提取高鐵結構體PS點
[0026]S2、PS點歸中處理
[0027]S3、基于高程改正值的PS點濾波處理
[0028]S4、基于沉降速率差的移動濾波處理
[0029]S5、異常PS點處理
[0030]S6、稀釋堆積的PS點
[0031]S7、提取時空維上沉降信息

【具體實施方式】
[0032]結合附圖對本發明的技術方案作進一步說明。如圖1所示，本發明所涉及的一種基于高鐵結構體的PSI沉降監測結果處理方法包括以下技術步驟:
[0033]S1、提取高鐵結構體PS點
[0034]利用PSI沉降監測技術對高鐵研究區域內的SAR數據進行處理，并從PSI沉降監測結果中分離出高鐵結構體上的PS點，建立高鐵結構體PS點集合PS1。
[0035]S2、PS點歸中處理
[0036]根據線位與線上PS點位置關系，計算任意PS點與高鐵線位里程之間的關系，將PS點由平面坐標轉換為里程坐標模式；并將PS點里程坐標中的偏移值歸零，將PS點歸中至該里程上的PS點，使得高鐵結構體上的PS點由空間上的二維分布轉換為一維分布，并按照里程方向重新排列。
[0037]S3、基于高程改正值的PS點濾波處理
[0038]對于SI步驟提取出來并經過歸中處理的高鐵結構體上的PS點集合PSl，利用PSI處理過程中得到的PS點高程改正值，和對應的PS點位置處高鐵結構體表面高程與地形高程的差值進行比較，通過移動濾波尋找存在明顯異常值的PS點并從PS點集合中刪除，得到新的高鐵結構體PS點數據集合PS2，對PS點進行第一次優化處理。
[0039]S4、基于沉降速率差的移動濾波處理
[0040]計算PS2中每一個PS點的沉降速率，計算相鄰PS點之間沉降速率的差值，根據高鐵結構體沉降先驗知識，設定相鄰PS點沉降速率的差值的閾值，通過比較相鄰PS點的沉降速率的差值與所設定的閾值的關系，分離出存在異常的PS點集合PS3，得到新的高鐵結構體PS點數據集合PS4。對PS點進行第二次優化處理
[0041]S5、異常PS點處理
[0042]對S4中分離出來的異常PS點集合PS3，結合高鐵沉降先驗知識進行重點分析，在先驗知識不足的情況下，需要借助水準、GPS等手段輔助進行實地監測和檢測。并將確認非錯誤PS點并入集合PS4中，形成新的高鐵結構體PS點集合PS5。
[0043]S6、堆積PS點的稀釋
[0044]首先，根據高鐵結構體沉降在空間域具有強相關性的特點，對高鐵結構體上PS點相隔太近，在局部形成的不均勻點堆積現象做平均處理，將多個堆積在一起的PS點平均后形成新的單一 PS點，得到新的高鐵新結構體PS點的數據集合PS6，使得高鐵結構體上PS點的分布更為合理。對PS點實現第三次優化處理。
[0045]S7、提取時空維上沉降信息
[0046]首先，提取空間維上的沉降信息，根據S6步驟處理后的PS點集合PS6，分別在時間維和空間維建立三次樣條B插值函數模型，根據該模型求取高鐵結構體上任意里程點位處的沉降信息。
【權利要求】
1.一種基于高鐵結構體的PSI沉降監測結果處理方法，其特征在于，步驟包括:提取高鐵結構體PS點(S1)，PS點歸中處理(S2)，基于高程改正值的PS點濾波處理(S3)，基于沉降速率差的PS點移動濾波處理(S4)，異常PS點處理(S5)，稀釋堆積的PS點(S6)，提取時空維上沉降信息(S7)； 所述的PS點歸中處理(S2)，是指根據線位與高鐵結構體上PS點位置關系，計算任意PS點與高鐵線位里程之間的關系，并將PS點歸中至高鐵中心線位對應的里程上，使得高鐵結構體上的PS點由空間二維分布轉換為一維分布，并按照里程方向重新排列； 所述的基于高程改正值的PS點濾波處理(S3)，是指對于歸中后的PS點，利用PS點高程改正值，和對應的PS點位置處高鐵結構體表面高程與地形高程的差值進行比較，尋找存在明顯異常的PS點并從PS點集合中刪除，得到更新后的高鐵結構體PS點集合； 所述的基于沉降速率差的PS點移動濾波處理(S4)，是指計算每一個PS點的沉降速率，并計算相鄰PS點之間沉降速率的差異，根據高鐵結構體的沉降先驗知識，設定相鄰PS點沉降速率差值的閾值，通過比較相鄰PS點的沉降速率的差值與閾值的關系，分離出存在異常的PS點集合，并更新高鐵結構體PS點的集合； 所述的異常PS點處理(S5)，是指對分離出來的存在異常PS點，結合高鐵沉降先驗知識進行重點分析，在先驗知識不足的情況下，要借助水準、GPS等手段輔助進行實地監測和檢測，并將確認的非錯誤PS點重新并入高鐵結構體PS點的集合中； 所述的稀釋堆積的PS點(S6)，是指對空間上相隔太近的PS點，在局部形成不均勻分布的PS點堆積現象，根據高鐵結構體沉降在空間域具有強相關性的特點，對相鄰的PS點堆做平均處理形成新的單一 PS點。
2.根據權利要求1所述的一種基于高鐵結構體的PSI沉降監測結果處理方法，其特征在于，所述的提取高提取高鐵結構體PS點(S1),是指從PSI沉降監測結果中分離出高鐵結構體上的PS點，建立高鐵結構體PS點集合。
3.根據權利要求1所述的一種基于高鐵結構體的PSI沉降監測結果處理方法，其特征在于，所述的提取時空維上沉降信息(S7)，是指利用以上步驟處理后的PS點集合，分別在時間維和空間維建立三次樣條B插值函數模型，根據該模型求取高鐵結構體上任意里程處的沉降信息。
【文檔編號】G06F19/00GK104268440SQ201410588109
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月28日 優先權日:2014年10月28日
【發明者】高文峰, 王長進, 甘俊, 韓祖杰, 劉成, 劉小龍, 徐明偉 申請人:鐵道第三勘察設計院集團有限公司