本發(fā)明涉及高鐵線路路基沉降監(jiān)測，尤其涉及一種基于星載insar（合成孔徑雷達(dá)干涉測量）遙感技術(shù)的高鐵線路路基沉降變化監(jiān)測方法，該方法可廣泛應(yīng)用于鐵路線路的地基沉降監(jiān)測、線路維護(hù)與運營安全保障等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
1、隨著高速鐵路（高鐵）網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)展，高鐵線路的穩(wěn)定性和安全性成為保障高速鐵路順暢運營的核心問題之一。高鐵線路的路基沉降是影響軌道結(jié)構(gòu)和列車運行安全的關(guān)鍵因素，沉降引發(fā)的軌道變形可能導(dǎo)致列車運行不平穩(wěn)，甚至引發(fā)安全事故。當(dāng)前，高鐵線路的路基沉降監(jiān)測大多依賴傳統(tǒng)的地面監(jiān)測設(shè)備，如沉降標(biāo)、全站儀、gps和水準(zhǔn)儀等，然而這些方法存在監(jiān)測精度有限、實時性差、空間覆蓋范圍小、人力成本高、勞動強(qiáng)度大等問題，尤其在一些地勢復(fù)雜、環(huán)境惡劣的區(qū)域，難以高效、全面地進(jìn)行監(jiān)測。
2、此外，由于高鐵線路跨越范圍大，通常橫跨城市、山區(qū)、河流等多種復(fù)雜地理環(huán)境中，很多區(qū)域具有交通不便、設(shè)施布設(shè)困難、監(jiān)測區(qū)域廣泛等特點，使得通過傳統(tǒng)地面?zhèn)鞲衅鞑荚O(shè)的方式進(jìn)行全方位、高精度的監(jiān)測顯得尤為困難，且監(jiān)測數(shù)據(jù)多為點狀分布，難以實現(xiàn)對復(fù)雜環(huán)境下的大范圍、長線型的高鐵線路路基沉降進(jìn)行及時全面有效的沉降監(jiān)測，無法反映路基的沉降動態(tài)變化。
3、近年來，隨著遙感技術(shù)的不斷進(jìn)步，尤其是合成孔徑雷達(dá)（sar）技術(shù)的發(fā)展，星載insar（合成孔徑雷達(dá)干涉測量）技術(shù)逐漸在地表沉降監(jiān)測領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。insar技術(shù)利用衛(wèi)星雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行干涉測量，能夠在大范圍、長時序的基礎(chǔ)上高精度地獲取地面形變信息，并具有全天候、全天時、非接觸、廣域覆蓋等獨特優(yōu)勢。
4、尤其是在大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域，insar技術(shù)已被成功應(yīng)用于城市地面沉降、滑坡監(jiān)測、大壩形變等多個領(lǐng)域。例如，利用ps-dinsar（永久散射體合成孔徑雷達(dá)差分干涉）技術(shù)，研究人員成功監(jiān)測了多地區(qū)的地面沉降現(xiàn)象，尤其在復(fù)雜地形和人類活動頻繁的區(qū)域表現(xiàn)出了優(yōu)秀的監(jiān)測能力。然而，現(xiàn)有的insar技術(shù)在高鐵線路的路基沉降監(jiān)測中的應(yīng)用仍存在一定局限性，主要體現(xiàn)在對高精度時效性要求較高的路基沉降監(jiān)測難以滿足。特別是在高鐵線路頻繁變化的地質(zhì)環(huán)境和交通不便的區(qū)域，如何實現(xiàn)對沉降體的高精度、實時監(jiān)測，仍然是當(dāng)前技術(shù)亟待解決的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了解決現(xiàn)有高鐵線路路基沉降監(jiān)測方法存在的問題，本發(fā)明提供一種基于星載insar遙感的高鐵線路路基沉降監(jiān)測方法，能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍、高精度、高時效性的高鐵線路路基沉降監(jiān)測，為鐵路運營安全提供實時預(yù)警和決策支持。
2、根據(jù)本發(fā)明說明書的一方面，提供一種基于星載insar遙感的高鐵線路路基沉降監(jiān)測方法，包括：
3、采用星載insar技術(shù)對目標(biāo)高鐵線路沿線的監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行遠(yuǎn)距離、大范圍形變監(jiān)測，獲取監(jiān)測區(qū)域的insar影像數(shù)據(jù)；
4、將監(jiān)測區(qū)域沿目標(biāo)高鐵線路沿線進(jìn)行區(qū)段劃分，結(jié)合insar影像數(shù)據(jù)得到各區(qū)段的沉降狀態(tài)，進(jìn)而篩選出具有持續(xù)沉降趨勢和動態(tài)放大的潛在異常區(qū)段；
5、對篩選出的潛在異常區(qū)段實施無人機(jī)搭載insar和lidar傳感系統(tǒng)監(jiān)測，基于監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)險演化分析，確定沉降預(yù)警區(qū)域；
6、在確定的沉降預(yù)警區(qū)域設(shè)置若干地面監(jiān)測點，以執(zhí)行實時形變監(jiān)測。
7、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，獲取監(jiān)測區(qū)域的insar影像數(shù)據(jù)，還包括：
8、選取覆蓋目標(biāo)高鐵線路全線監(jiān)測區(qū)域的多軌道、多時相sar衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，得到監(jiān)測區(qū)域的長時間序列形變信息，其中，所述監(jiān)測區(qū)域為目標(biāo)高鐵線路主線及其兩側(cè)設(shè)定范圍的敏感區(qū)帶。
9、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，將監(jiān)測區(qū)域沿目標(biāo)高鐵線路沿線進(jìn)行區(qū)段劃分，結(jié)合insar影像數(shù)據(jù)得到各區(qū)段的沉降狀態(tài)，還包括：
10、將監(jiān)測區(qū)域根據(jù)實際線路狀態(tài)劃分為若干個小范圍區(qū)段，利用多時相星載insar干涉圖像，采用最小二乘時間序列處理方法，對獲取的sar影像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)、干涉圖生成、相位解纏和時間序列反演處理，獲取覆蓋整個監(jiān)測區(qū)域的形變速率和時間序列沉降，從而得到各區(qū)段的沉降狀態(tài)。
11、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，篩選出具有持續(xù)沉降趨勢和動態(tài)放大的潛在異常區(qū)段，還包括：
12、根據(jù)監(jiān)測預(yù)期目標(biāo)設(shè)置雙重閾值：平均年沉降速率>t1和速率變化率>t2；
13、分析沉降速率異常點的空間分布與演化趨勢，根據(jù)設(shè)置的雙重閾值，篩選出具有持續(xù)沉降趨勢和動態(tài)放大的潛在異常區(qū)段，作為下一步檢測對象。
14、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，對篩選出的潛在異常區(qū)段實施無人機(jī)搭載insar和lidar傳感系統(tǒng)監(jiān)測，基于監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)險演化分析，還包括：
15、根據(jù)機(jī)載lidar獲取的地形點云進(jìn)行數(shù)字高程模型精化處理，用于增強(qiáng)insar影像數(shù)據(jù)的相位解纏精度；
16、根據(jù)機(jī)載lidar獲取的地形點云生成數(shù)字表面模型和建筑物/植被遮擋信息，用于為insar干涉對中過程提供先驗?zāi)Ｐ停?/p>
17、對獲取的insar影像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)、干涉圖生成、相位解纏和時間序列反演處理，獲得insar形變時間序列數(shù)據(jù)；
18、所獲得的insar形變時間序列數(shù)據(jù)，輸入時序分析模塊進(jìn)行風(fēng)險演化分析，以評估局部最大沉降速率和沉降加速度，并將區(qū)段內(nèi)最大沉降風(fēng)險區(qū)段設(shè)定為沉降預(yù)警區(qū)域。
19、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述時序分析模塊采用卡爾曼濾波器或?貝葉斯變點檢測算法實現(xiàn)。
20、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述方法還包括：
21、將insar大范圍監(jiān)測獲得的沉降數(shù)據(jù)與目標(biāo)高鐵線路的gis數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，結(jié)合gis數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)和歷史沉降記錄，分析沉降的空間分布、發(fā)展趨勢及其對軌道安全的潛在影響。
22、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述方法還包括：
23、將監(jiān)測的沉降數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為三維可視化模型，結(jié)合時間軸展示沉降的動態(tài)變化過程。
24、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，在確定的沉降預(yù)警區(qū)域設(shè)置若干地面監(jiān)測點時：
25、所采用的地面監(jiān)測設(shè)備包括但不限于全站儀、地基合成孔徑雷達(dá)、gnss接收裝置、數(shù)字水準(zhǔn)儀以及地表裂縫監(jiān)測傳感器。
26、根據(jù)本發(fā)明說明書的一方面，提供一種基于星載insar遙感的高鐵線路路基沉降監(jiān)測系統(tǒng)，包括：
27、星載insar設(shè)備，用于大范圍背景形變場的獲取與異常區(qū)段的初步篩查；
28、無人機(jī)搭載insar與lidar傳感設(shè)備，用于中尺度高分辨率三維重建和形變細(xì)化識別；
29、地面固定監(jiān)測設(shè)備，部署于高風(fēng)險或關(guān)鍵結(jié)構(gòu)區(qū)域，用于高頻率、長期性的形變監(jiān)測。
30、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
31、本發(fā)明提供的基于星載insar遙感的高鐵線路路基沉降監(jiān)測方法，可以在大范圍的高鐵線路上進(jìn)行實施。首先，利用星載insar監(jiān)測整個線路的沉降情況，然后針對沉降速率較大的區(qū)域進(jìn)行無人機(jī)載insar和lidar的高精度觀測，最后在重點監(jiān)測區(qū)域的觀測點部署地面監(jiān)測設(shè)備，進(jìn)行詳細(xì)的沉降變化監(jiān)測。通過多維協(xié)同的監(jiān)測方式，能夠提供精準(zhǔn)的沉降數(shù)據(jù)，幫助管理人員實現(xiàn)高效的決策支持。
32、本發(fā)明通過結(jié)合gis數(shù)據(jù)和三維可視化展示，能夠幫助高鐵運營管理人員及時發(fā)現(xiàn)潛在的沉降風(fēng)險，避免地基沉降對軌道造成嚴(yán)重影響，保障列車運行安全，減少災(zāi)害損失。該方法不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對高鐵線路的長期監(jiān)測，也為后續(xù)的高鐵建設(shè)和維護(hù)提供了重要的數(shù)據(jù)支持，對于insar技術(shù)在交通運輸行業(yè)進(jìn)行推廣應(yīng)用意義重大，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。