一種表述地面沉降空間演化趨勢(shì)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及地理科學(xué)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種表述地面沉降空間演化趨勢(shì)的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 地下水的大量開采，使得含水層孔隙度逐漸變小，導(dǎo)致有效應(yīng)力增加從而直接引 發(fā)了地面沉降。作為一種常見的地質(zhì)災(zāi)害，地面沉降生成緩慢、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、影響范圍廣、成 因機(jī)制復(fù)雜和防治難度大。對(duì)資源利用、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市建設(shè)和人民生活都會(huì)構(gòu) 成較大威脅 [1]。目前，地面沉降已影響到城市建設(shè)的布局與規(guī)劃，并威脅到百姓的居住安全
[2] 。對(duì)城市建設(shè)和基礎(chǔ)設(shè)施也已造成一定程度的危害：工廠、居民區(qū)樓房墻壁開裂、地基下 沉、地下管道工程損壞50余處，同時(shí)導(dǎo)致一些建筑物的抗震能力降低和大量測(cè)量水準(zhǔn)點(diǎn)失 準(zhǔn)，對(duì)城市建設(shè)和人民財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生較大影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供一種表述地面沉降空間演化趨勢(shì)的方法，用以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的 至少一個(gè)問(wèn)題。
[0004] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種表述地面沉降空間演化趨勢(shì)的方法，包括以 下步驟：
[0005] 融合永久散射體干涉測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)集與小基線干涉測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)集，獲取地 表形變信息；
[0006] 利用加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)差橢圓方法分析地表形變信息中PS點(diǎn)分布的方向性，分別以平均 沉降速率和各年沉降量作為權(quán)重，計(jì)算PS點(diǎn)空間分布的加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)差橢圓，其中，以地表形 變信息中地理要素空間分布的平均位置為橢圓中心，分別計(jì)算地理要素在X方向和Y方向 上的標(biāo)準(zhǔn)差，以此定義包含地理要素分布的橢圓的軸，橢圓長(zhǎng)軸的方向反映在二維空間上 展布的主趨勢(shì)方向，短軸代表在次要方向上偏離重心的程度。
[0007] 進(jìn)一步地，在采用小基線干涉測(cè)量時(shí)，空間相關(guān)特性對(duì)每一個(gè)SDFP像素干涉相位 的貢獻(xiàn)值通過(guò)周圍像素的帶通濾波來(lái)評(píng)估，包括地表形變相位組分，大氣延遲時(shí)間變化，軌 道誤差和空間相關(guān)高程誤差；空間非相關(guān)貢獻(xiàn)值，包括空間非相關(guān)高程差相位組分和物理 中心的像元相位偏差，通過(guò)垂直基線的相關(guān)性進(jìn)行評(píng)估；將空間相關(guān)特性和空間非相關(guān)貢 獻(xiàn)值兩項(xiàng)評(píng)估相減得到非相關(guān)噪聲項(xiàng)，得到每一個(gè)SDFP像素的殘余相位變化。
[0008] 進(jìn)一步地，在融合永久散射體干涉測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)集與小基線干涉測(cè)量獲得的數(shù) 據(jù)集時(shí)，當(dāng)一個(gè)像元同時(shí)存在于兩個(gè)數(shù)據(jù)集時(shí)，對(duì)其取加權(quán)平均值，在數(shù)據(jù)集中，針對(duì)像元，
評(píng)估其D品擊士的/入才如1 -
[0009]
[0010] 其中，殘余相位變化，
是第i幅干涉 圖中第X個(gè)像元的纏繞相位，是ΨΧι1的空間相關(guān)組分估計(jì)，是視角誤差的空間非 相關(guān)組分估計(jì)，Ν為干涉影像的個(gè)數(shù)。
[0011] 采用空間非相關(guān)性視角誤差評(píng)估方法來(lái)校正合并數(shù)據(jù)集得相位在所選擇的步驟 里。Hooper的方法在后面被應(yīng)用于每一幅合并的SB干涉圖里。由于小基線時(shí)間間隔較短， 與單一主圖像的干涉圖相比，在高沉降速率的地區(qū)，SB干涉圖的相位解纏時(shí)，具備減小空間 假頻的優(yōu)勢(shì)。
[0012] 進(jìn)一步地，在定義標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的過(guò)程中包括以下步驟：
[0013] 首先確定點(diǎn)集的平均中心，并將其作為原點(diǎn)，定義一組新的坐標(biāo)軸；
[0014]根據(jù)如下公式計(jì)算出一個(gè)與相對(duì)坐標(biāo)軸正交的標(biāo)準(zhǔn)偏差統(tǒng)計(jì)量σ，并繪制成一個(gè) 起始于平均中心的向量，長(zhǎng)度為σ:
[0015]
[0016] 其中，μ為研究區(qū)內(nèi)點(diǎn)集的區(qū)域平均中心，Υ軸方向的標(biāo)準(zhǔn)偏差統(tǒng)計(jì)量〇 y是相對(duì) 于X軸的；
[0017] 根據(jù)以上計(jì)算得到的標(biāo)準(zhǔn)偏差統(tǒng)計(jì)量，將坐標(biāo)軸繞平均中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，X軸旋轉(zhuǎn)角 度Θ之后可以得到X'，公?
f換成如下形式：
[0018]
[0019] 其中：y;cosΘ-Xisinθ，μ= 〇 ;
[0020] 在坐標(biāo)軸不斷的旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，以上繪制的向量的軌跡形成一個(gè)橢圓，長(zhǎng)軸表達(dá)點(diǎn) 集最大離散程度的方向，短軸表達(dá)最小離散程度的方向，橢圓的面積則表達(dá)了點(diǎn)集的密集 或分散程度。
[0021] 進(jìn)一步地，當(dāng)點(diǎn)的分布呈現(xiàn)一定規(guī)律性時(shí)，將點(diǎn)集進(jìn)行如下坐標(biāo)變換：
[0022] 當(dāng)點(diǎn)集平均位置為β時(shí)，以該平均中心為新的原點(diǎn)，新的點(diǎn)集為y;=yβ^口X; =Xl-βx;相對(duì)于X軸的標(biāo)準(zhǔn)偏差，由如下公式計(jì)算得到：
[0023]
[0024]當(dāng)坐標(biāo)軸沿著點(diǎn)的平均位置進(jìn)行旋轉(zhuǎn)情況下，計(jì)算出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差；
[0025] 其中，對(duì)于X軸以任意角度Θ旋轉(zhuǎn)時(shí)，第i個(gè)點(diǎn)在y方向上的距離表示為yi=yi cos Θ -Xi sin Θ。公式_換成：
[0026] ·.
〇
[0027] 進(jìn)一步地，當(dāng)點(diǎn)集分布在一條直線上，短軸為零，橢圓將成為一條線；而當(dāng)點(diǎn)集在 研究區(qū)內(nèi)均勻分布，長(zhǎng)軸和短軸相等，在這種情況下，橢圓變成一個(gè)圓。
[0028] 進(jìn)一步地，在采用加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)差橢圓方法時(shí)，給區(qū)域內(nèi)的每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行賦權(quán)，在此基礎(chǔ) 上計(jì)算加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)差橢圓，區(qū)域的加權(quán)平均中心計(jì)算方法如下：
[0029]
[0030] Wi為第i個(gè)測(cè)量點(diǎn)的權(quán)重；
[0031] 在普通標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的基礎(chǔ)上，加權(quán)數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)形式上的變化才能使用， 以確定橢圓的方位和軸心，因此，方程￥
和
分別轉(zhuǎn)換成如下的一般形式： m
[0032]
[0033]
[0034] 本發(fā)明將橢圓質(zhì)心的變化作為衡量地面沉降重心移動(dòng)的指標(biāo)、將橢圓的長(zhǎng)軸大小 變化作為衡量地面沉降空間分布范圍變化的指標(biāo)、將橢圓短軸與長(zhǎng)軸的比值作為衡量地面 沉降空間分布形狀變化的指標(biāo)，將橢圓方位角的變化作為地面沉降空間演化主趨勢(shì)變化的 指標(biāo)。通過(guò)以上四個(gè)指標(biāo)定量化表述地面沉降空間演化趨勢(shì)。
【附圖說(shuō)明】
[0035] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0036] 圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的小基線集組對(duì)圖；
[0037] 圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的PS點(diǎn)空間分布中心與分布方向特征圖；
[0038]圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓質(zhì)心變化示意圖；
[0039] 圖4為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓長(zhǎng)軸變化示意圖；
[0040] 圖5為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的短軸/長(zhǎng)軸變化示意圖；
[0041]圖6為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓方位角空間分布變化不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有付出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0043] 1.融合永久散射體育小基線干涉測(cè)量技術(shù)獲取地表形變信息
[0044] 1. 1永久散射體干涉測(cè)量技術(shù)原理
[0045] 永久散射體干涉測(cè)量技術(shù)（PermanentScaterers，PS)最早是由Ferreti等人提 出來(lái)的，所謂永久散射體（PS)，即是在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間序列內(nèi)仍然能夠保持穩(wěn)定的反射特性 的散射體目標(biāo)點(diǎn)。Ferreti等人在分析研究同一地區(qū)的多幅干涉圖時(shí)發(fā)現(xiàn)，在城市或者巖石 裸露的地區(qū)，存在大量相位穩(wěn)定