一种基于高铁结构体的psi沉降监测结果处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于高铁结构体的PSI沉降监测结果处理方法，根据高铁结构体几何特征以及其时空域的沉降特点，将高铁结构体上的PS点进行归中，提出应用高程改正值与沉降斜率值为指标进行移动滤波、对局部PS点堆积现象进行平均处理，剔除高铁结构体上残差较大的PS点，优化高铁结构体上PS点的分布，提高高铁结构体沉降监测精度。具体步骤包括：提取高铁结构体上PS点，对PS点进行归中处理，应用PS点的高程改正值进行第一次移动滤波处理以剔除高程改正值异常的PS点，根据相邻PS点沉降速率值进行第二次移动滤波提取存在异常的PS点，对异常PS点进行处理，采用平均方法稀释局部存在点堆积现象的PS点，在时空维上分别求取任意里程点、任意时间周期上的序列沉降信息。本发明有效的提高了PSI沉降监测技术用于高铁结构体沉降监测的精度。
【专利说明】—种基于高铁结构体的PSI沉降监测结果处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高铁沉降监测技术，特别是涉及采用PSI沉降监测方法进行高铁结构体沉降监测的技术。
【背景技术】
[0002]近年来，DInSAR(DifferenceInterferometric SAR,差分合成孔径雷达干涉测量)技术已经成为区域沉降监测最有效和常用的手段，利用DInSAR技术，能够采用非接触的方式，对地表上某个研究区域在一定周期内的微小形变量进行监测，这种方法尤其适用于地表区域沉降监测。这种技术受到时空失相干及大气的影响较大，监测精度一般在厘米级。为了提高精度，研究人员提出了 PSI (Permanent Scatterer Interferometric SAR,永久散射体合成孔径雷达干涉测量)技术，这种技术把关注的重点整个SAR影像转移到了相关性良好的PS(Permanent Scatterer,永久散射体)点,在降低时空失相干影响的同时,大大提高了解缠的精度，将形变监测精度提高到毫米级，这为PSI沉降监测技术在高铁结构体沉降监测中的应用提供了理论基础。
[0003]已有的研究成果表明，使用高分雷达数据，采用PSI技术可以对高铁结构体进行沉降监测。高铁结构体对微波雷信号达来说是强反射体，且高铁结构体比较稳定，出现局部突然变化的可能性极小，是PSI技术中非常好的天然PS点来源。利用PSI技术对高铁结构体进行沉降监测是通过识别并提取高铁结构体上的PS点，经分析处理获取这些PS点目标的时间序列沉降信息，通过高铁结构体上PS点沉降信息处理，来获取高铁结构体在时空维上的沉降变化信息。
[0004]直接从PSI沉降监测结果中提取高铁结构体上的PS点进行沉降分析，面临以下问题:(I)因为高铁结构体宽度有限，受线位平面与PS点配准精度影响，容易将地表的PS点误选为高铁结构体上的PS点；(2)由于PS点反映的是一个像素范围内散射体的综合反射信息，容易导致将地表PS点误选为结构体上的点，或者将结构体上的PS点误判为地表上的PS点，造成监测结果的不稳定；(3)高铁结构体上的PS点的不连续性容易导致内插时出现错误；(4)高铁结构体上也存在一些质量不高的PS点，这些点会影响到高铁结构体上局部监测精度；(5)高铁沉降在空间维和时间维都有显著的特点，没有结合其特点选取合适的数学模型难以保证所提取的高铁结构体上PS点精度。以上问题都会影响到高铁结构体沉降监测的精度。
[0005]目前基于PSI技术对高铁结构体沉降监测正处于研究改进和发展中，还没有专门针对高铁结构体的PSI沉降监测结果优化处理的方法。
【发明内容】
[0006]针对目前PSI沉降监测技术在高铁结构体沉降监测应用中存在的问题，尤其是针对高铁结构体沉降结果优化处理问题，本发明推出一种基于高铁结构体的PSI沉降监测结果处理方法。其目的在于，结合高铁结构体空间几何特征以及高铁结构体沉降时空特征，对采用PSI方法提取的高铁结构体上的PS点进行优化处理，分离高铁结构体与非结构体上的PS点，同时结合高铁结构体沉降时空特征，采用移动滤波技术剔除高铁结构体上存在明显误差的PS点。该方法有效的提高了 PSI沉降监测技术在高铁结构体沉降监测应用中的精度。
[0007]本发明所涉及的一种基于高铁结构体的PSI沉降监测结果处理方法，具体技术步骤包括:提取高铁结构体PS点，PS点归中处理，基于高程改正值的PS点滤波处理，基于沉降速率差的PS点移动滤波处理，异常PS点处理，稀释堆积的PS点，提取时空维上沉降信肩、O
[0008]S1、提取高铁结构体PS点
[0009]利用PSI沉降监测技术对高铁研究区域内的SAR数据进行处理，并从PSI沉降监测结果中分离出高铁结构体上的PS点，建立高铁结构体PS点集合PS1。
[0010]S2、PS点归中处理
[0011]根据高铁线位与高铁结构体上PS点位置关系，计算任意PS点与高铁线位里程之间的关系，并将PS点归中至高铁中心线位对应的里程上，使得高铁结构体上的PS点由空间二维分布转换为一维分布，并按照里程方向重新排列。
[0012]S3、基于高程改正值的PS点滤波处理
[0013]对于PSl，利用PSI处理过程中得到的PS点高程改正值，和对应的PS点位置处高铁结构体表面高程与地形高程的差值进行比较，寻找存在明显异常的PS点并从PS点集合中删除，得到更新后的高铁结构体PS点集合PS2。
[0014]S4、基于沉降速率差的PS点移动滤波处理
[0015]计算PS2中每一个PS点的沉降速率，计算相邻PS点之间沉降速率的差值，设定相邻PS点沉降速率的差值的阈值，通过比较相邻PS点的沉降速率的差值与所设定的阈值的关系，分离出存在异常的PS点集合PS3，得到新的高铁结构体PS点数据集合PS4。
[0016]S5、异常PS点处理
[0017]对S4中分离出来的异常PS点集合PS3，结合高铁沉降先验知识进行分析，在先验知识不足的情况下，需要借助水准、GPS等手段辅助进行实地监测和检测。并将确认的非错误PS点重新并入集合PS4中，形成新的高铁结构体PS点集合PS5。
[0018]S6、稀释堆积的PS点
[0019]对空间上相隔太近，在局部形成不均匀分布的PS点堆积现象，根据高铁结构体沉降在空间域具有强相关性的特点，对相邻的PS点堆做平均处理形成新的单一 PS点，得到新的高铁新结构体PS点数据集合PS6。
[0020]S7、提取时空维上沉降信息
[0021 ] 根据S6步骤处理后的PS点集合PS6，分别在时间维和空间维建立三次样条B插值函数模型，根据该模型求取高铁结构体上任意里程点位处的沉降信息。
[0022]本发明所涉及的一种基于高铁结构体的PSI沉降监测结果处理方法，通过归中处理、基于高程改正值和相邻点形变值斜率差两个指标的移动滤波、PS点堆积压缩处理、以及时空维上形变信息的优化处理，提高了 PSI沉降监测技术应用于高铁结构体沉降监测的精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明所述的一种基于高铁结构体的PSI沉降监测结果处理方法的流程图。
[0024]图中标记说明:
[0025]S1、提取高铁结构体PS点
[0026]S2、PS点归中处理
[0027]S3、基于高程改正值的PS点滤波处理
[0028]S4、基于沉降速率差的移动滤波处理
[0029]S5、异常PS点处理
[0030]S6、稀释堆积的PS点
[0031]S7、提取时空维上沉降信息
【具体实施方式】
[0032]结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。如图1所示，本发明所涉及的一种基于高铁结构体的PSI沉降监测结果处理方法包括以下技术步骤:
[0033]S1、提取高铁结构体PS点
[0034]利用PSI沉降监测技术对高铁研究区域内的SAR数据进行处理，并从PSI沉降监测结果中分离出高铁结构体上的PS点，建立高铁结构体PS点集合PS1。
[0035]S2、PS点归中处理
[0036]根据线位与线上PS点位置关系，计算任意PS点与高铁线位里程之间的关系，将PS点由平面坐标转换为里程坐标模式；并将PS点里程坐标中的偏移值归零，将PS点归中至该里程上的PS点，使得高铁结构体上的PS点由空间上的二维分布转换为一维分布，并按照里程方向重新排列。
[0037]S3、基于高程改正值的PS点滤波处理
[0038]对于SI步骤提取出来并经过归中处理的高铁结构体上的PS点集合PSl，利用PSI处理过程中得到的PS点高程改正值，和对应的PS点位置处高铁结构体表面高程与地形高程的差值进行比较，通过移动滤波寻找存在明显异常值的PS点并从PS点集合中删除，得到新的高铁结构体PS点数据集合PS2，对PS点进行第一次优化处理。
[0039]S4、基于沉降速率差的移动滤波处理
[0040]计算PS2中每一个PS点的沉降速率，计算相邻PS点之间沉降速率的差值，根据高铁结构体沉降先验知识，设定相邻PS点沉降速率的差值的阈值，通过比较相邻PS点的沉降速率的差值与所设定的阈值的关系，分离出存在异常的PS点集合PS3，得到新的高铁结构体PS点数据集合PS4。对PS点进行第二次优化处理
[0041]S5、异常PS点处理
[0042]对S4中分离出来的异常PS点集合PS3，结合高铁沉降先验知识进行重点分析，在先验知识不足的情况下，需要借助水准、GPS等手段辅助进行实地监测和检测。并将确认非错误PS点并入集合PS4中，形成新的高铁结构体PS点集合PS5。
[0043]S6、堆积PS点的稀释
[0044]首先，根据高铁结构体沉降在空间域具有强相关性的特点，对高铁结构体上PS点相隔太近，在局部形成的不均匀点堆积现象做平均处理，将多个堆积在一起的PS点平均后形成新的单一 PS点，得到新的高铁新结构体PS点的数据集合PS6，使得高铁结构体上PS点的分布更为合理。对PS点实现第三次优化处理。
[0045]S7、提取时空维上沉降信息
[0046]首先，提取空间维上的沉降信息，根据S6步骤处理后的PS点集合PS6，分别在时间维和空间维建立三次样条B插值函数模型，根据该模型求取高铁结构体上任意里程点位处的沉降信息。
【权利要求】
1.一种基于高铁结构体的PSI沉降监测结果处理方法，其特征在于，步骤包括:提取高铁结构体PS点(S1)，PS点归中处理(S2)，基于高程改正值的PS点滤波处理(S3)，基于沉降速率差的PS点移动滤波处理(S4)，异常PS点处理(S5)，稀释堆积的PS点(S6)，提取时空维上沉降信息(S7)； 所述的PS点归中处理(S2)，是指根据线位与高铁结构体上PS点位置关系，计算任意PS点与高铁线位里程之间的关系，并将PS点归中至高铁中心线位对应的里程上，使得高铁结构体上的PS点由空间二维分布转换为一维分布，并按照里程方向重新排列； 所述的基于高程改正值的PS点滤波处理(S3)，是指对于归中后的PS点，利用PS点高程改正值，和对应的PS点位置处高铁结构体表面高程与地形高程的差值进行比较，寻找存在明显异常的PS点并从PS点集合中删除，得到更新后的高铁结构体PS点集合； 所述的基于沉降速率差的PS点移动滤波处理(S4)，是指计算每一个PS点的沉降速率，并计算相邻PS点之间沉降速率的差异，根据高铁结构体的沉降先验知识，设定相邻PS点沉降速率差值的阈值，通过比较相邻PS点的沉降速率的差值与阈值的关系，分离出存在异常的PS点集合，并更新高铁结构体PS点的集合； 所述的异常PS点处理(S5)，是指对分离出来的存在异常PS点，结合高铁沉降先验知识进行重点分析，在先验知识不足的情况下，要借助水准、GPS等手段辅助进行实地监测和检测，并将确认的非错误PS点重新并入高铁结构体PS点的集合中； 所述的稀释堆积的PS点(S6)，是指对空间上相隔太近的PS点，在局部形成不均匀分布的PS点堆积现象，根据高铁结构体沉降在空间域具有强相关性的特点，对相邻的PS点堆做平均处理形成新的单一 PS点。
2.根据权利要求1所述的一种基于高铁结构体的PSI沉降监测结果处理方法，其特征在于，所述的提取高提取高铁结构体PS点(S1),是指从PSI沉降监测结果中分离出高铁结构体上的PS点，建立高铁结构体PS点集合。
3.根据权利要求1所述的一种基于高铁结构体的PSI沉降监测结果处理方法，其特征在于，所述的提取时空维上沉降信息(S7)，是指利用以上步骤处理后的PS点集合，分别在时间维和空间维建立三次样条B插值函数模型，根据该模型求取高铁结构体上任意里程处的沉降信息。
【文档编号】G06F19/00GK104268440SQ201410588109
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】高文峰, 王长进, 甘俊, 韩祖杰, 刘成, 刘小龙, 徐明伟 申请人:铁道第三勘察设计院集团有限公司