本發(fā)明涉及地面監(jiān)測，特別涉及一種地表三維形變反演方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、合成孔徑雷達(dá)干涉測量（interferometric?synthetic?aperture?radar,?insar）技術(shù)憑借其大范圍、高精度、全天候的地表形變監(jiān)測能力，已成為地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警、城市沉降監(jiān)測和地殼運(yùn)動研究的重要手段；傳統(tǒng)的insar技術(shù)通過雷達(dá)視線方向（line-of-sight,los）的相位變化獲取地表一維形變信息，但其主要缺陷在于無法直接分離三維形變分量（東向、北向、垂向）。

2、為解決和突破以上問題中的限制，多軌道insar聯(lián)合解算方法逐漸成為研究熱點(diǎn)，多軌道insar聯(lián)合解算方法主要有：一類是使用多源insar數(shù)據(jù)融合，以差分干涉技術(shù)為主可獲得los向形變結(jié)果，利用多孔徑insar（mai）或偏移量追蹤技術(shù)可獲得視線向形變結(jié)果，通過融合升軌、降軌及不同視角的insar數(shù)據(jù)，已可實現(xiàn)三維形變場的反演；另一類是通過先驗信息的假設(shè)，比如地表流動模型，來補(bǔ)充insar監(jiān)測；還有一類是通過引用外部數(shù)據(jù)，如gps、水準(zhǔn)測量等；然而insar衛(wèi)星通常為極軌飛行，los向結(jié)果對南北向形變敏感性低，方位向結(jié)果受地形因素限制和insar相干性的影響導(dǎo)致測量精度差，從而降低了多軌insar三維形變反演結(jié)果精度。

3、因此，為了彌補(bǔ)地表南北方位向結(jié)果受地形因素限制和insar相干性的影響導(dǎo)致測量精度差的問題，現(xiàn)階段通過利用外部數(shù)據(jù)并設(shè)置先驗信息提升測量精度，但使用外部數(shù)據(jù)時需要在地面布設(shè)高密度的監(jiān)測點(diǎn)，同時先驗信息的設(shè)置是假設(shè)的且不清晰的，致使三維形變反演的結(jié)果精度較低。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實施例提供一種地表三維形變反演方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)，可以解決現(xiàn)有技術(shù)中，存在的現(xiàn)階段通過利用外部數(shù)據(jù)并設(shè)置先驗信息提升測量精度，但使用外部數(shù)據(jù)時需要在地面布設(shè)高密度的監(jiān)測點(diǎn)，同時先驗信息的設(shè)置是假設(shè)的且不清晰的，致使三維形變反演的結(jié)果精度較低的問題。

2、本發(fā)明實施例提供一種地表三維形變反演方法，包括以下步驟：

3、獲取地表的多軌道insar形變數(shù)據(jù)；

4、根據(jù)地表的多軌道insar形變數(shù)據(jù)內(nèi)的地表數(shù)字高程信息，獲取地表的地形坡向角；

5、根據(jù)多軌道insar形變數(shù)據(jù)內(nèi)los向形變及方位向形變，獲取地表在三維方向上的垂向形變與東西向形變；利用地表的地形坡向角，約束多軌道insar形變數(shù)據(jù)內(nèi)los向形變及方位向形變在南北分量上的形變場，并根據(jù)約束后的los向形變及方位向形變，獲取約束后地表在三維方向上的南北向形變；

6、根據(jù)地表在三維方向上的東西向形變與約束后的南北向形變，構(gòu)建地表三維形變的東西向形變和南北向形變關(guān)系模型；根據(jù)地表在三維方向上的垂向形變，建立地表的地應(yīng)力模型，并將東西向形變和南北向形變關(guān)系模型與地應(yīng)力模型耦合為坡向地應(yīng)力反演模型；

7、利用坡向地應(yīng)力反演模型進(jìn)行地表形變反演，獲取地表的三維形變。

8、優(yōu)選地，所述地表的地形坡向角、los向形變和方位向形變與地表三維形變間的關(guān)系，表示為：

9、；

10、；

11、；

12、其中：表示各衛(wèi)星的los向形變；表示各衛(wèi)星視線向形變；表示垂向形變；表示東西向形變；表示南北向形變；表示衛(wèi)星入射角；表示衛(wèi)星朝向角；表示地表的地形坡向。

13、優(yōu)選地，所述坡向地應(yīng)力反演模型表示為：

14、；

15、其中：表示觀測值列向量；n表示地應(yīng)變模型中相鄰點(diǎn)個數(shù)；表示第n個相鄰點(diǎn)升軌視線向insar監(jiān)測結(jié)果；表示第n個相鄰點(diǎn)降軌方位向insar監(jiān)測結(jié)果；表示殘差；表示待估參數(shù)；分別表示地表形變監(jiān)測中垂向、東西向、南北向形變監(jiān)測結(jié)果；分別表示地應(yīng)力模型中的應(yīng)變參數(shù)和旋轉(zhuǎn)參數(shù)；

16、觀測矩陣為多向形變關(guān)系模型的sar成像幾何矩陣和地應(yīng)力模型的矩陣的乘積；、和分別表示待求點(diǎn)和臨近點(diǎn)間的東西向間距、南北向間距以及垂直向間距。

17、優(yōu)選地，所述多向形變關(guān)系模型的sar成像幾何矩陣和地應(yīng)力模型的矩陣分別表示為：

18、；

19、；

20、；

21、其中：、和分別表示待求點(diǎn)和相關(guān)臨近點(diǎn)間的垂直向間距、東西向間距及南北向間距。

22、優(yōu)選地，所述利用坡向地應(yīng)力反演模型進(jìn)行地表形變反演中，利用聯(lián)合相位標(biāo)準(zhǔn)差和參考點(diǎn)間距誤差修正形變反演中的誤差，包括：

23、地表形變反演中的總方差包括insar觀測相位標(biāo)準(zhǔn)差和參考點(diǎn)之間的距離誤差，總方差表示為：

24、；

25、；

26、參考點(diǎn)之間的距離誤差為兩點(diǎn)間距離的倒數(shù)；insar觀測相位標(biāo)準(zhǔn)差是通過估計的觀測點(diǎn)為中心開一個規(guī)則窗口，統(tǒng)計規(guī)則窗口內(nèi)insar觀測值的殘差獲取，表示為：

27、；

28、其中：表示窗口內(nèi)像素的個數(shù)；表示窗口內(nèi)相應(yīng)觀測點(diǎn)的觀測量；表示窗口內(nèi)所有觀測點(diǎn)的形變觀測量平均值；

29、獲取總方差的權(quán)重，表示為：

30、；

31、以總方差的倒數(shù)作為權(quán)重，通過控制不同觀測的權(quán)重降低觀測誤差。

32、優(yōu)選地，所述獲取地表的三維形變，包括：

33、根據(jù)坡向地應(yīng)力反演模型、權(quán)重矩陣及地表各觀測點(diǎn)的觀測值，采用最小二乘平差算法逐點(diǎn)求解三維形變速率的最優(yōu)估值，表示為：

34、；

35、其中：表示三維形變速率向量； b表示地表三維形變反演模型的觀測矩陣； b t表示觀測矩陣的轉(zhuǎn)置； ω表示權(quán)重矩陣； l表示觀測值向量。

36、本發(fā)明實施例還提供一種地表三維形變反演裝置，包括：

37、數(shù)據(jù)模塊，用于獲取地表的多軌道insar形變數(shù)據(jù)；

38、形變監(jiān)測模塊，用于根據(jù)地表的多軌道insar形變數(shù)據(jù)內(nèi)的地表數(shù)字高程信息，獲取地表的地形坡向角；

39、根據(jù)多軌道insar形變數(shù)據(jù)內(nèi)los向形變及方位向形變，獲取地表在三維方向上的垂向形變與東西向形變；利用地表的地形坡向角，約束多軌道insar形變數(shù)據(jù)內(nèi)los向形變及方位向形變在南北分量上的形變場，并根據(jù)約束后的los向形變及方位向形變，獲取約束后地表在三維方向上的南北向形變；

40、反演模塊，用于根據(jù)地表在三維方向上的東西向形變與約束后的南北向形變，構(gòu)建地表三維形變的東西向形變和南北向形變關(guān)系模型；根據(jù)地表在三維方向上的垂向形變，建立地表的地應(yīng)力模型，并將東西向形變和南北向形變關(guān)系模型與地應(yīng)力模型耦合為坡向地應(yīng)力反演模型；

41、利用坡向地應(yīng)力反演模型進(jìn)行地表形變反演，獲取地表的三維形變。

42、本發(fā)明實施例還提供一種電子設(shè)備，包括存儲器和處理器；

43、所述存儲器，用于存儲計算機(jī)程序；

44、所述處理器，用于執(zhí)行所述存儲器中存儲的計算機(jī)程序時，實現(xiàn)如上所述的一種地表三維形變反演方法的步驟。

45、本發(fā)明實施例還提供一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，用于存儲計算機(jī)程序，所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上所述的一種地表三維形變反演方法的步驟。

46、本發(fā)明實施例提供一種地表三維形變反演方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果如下：

47、本發(fā)明僅采用地表的多軌道insar的監(jiān)測數(shù)據(jù)，無需在地面布設(shè)高密度的監(jiān)測點(diǎn)以獲取外部數(shù)據(jù)，而通過從地形數(shù)據(jù)中獲取地表的地形坡向角，通過坡向角約束地表的南北向形變，以構(gòu)建地表三維形變中東西向形變和南北向形變關(guān)系模型，以進(jìn)行南北向形變的約束，同時將地表的地應(yīng)力模型耦合進(jìn)坡向地應(yīng)力反演模型中以進(jìn)行地表邊坡穩(wěn)定性約束，地表的地形坡向約束可以彌補(bǔ)insar南北向監(jiān)測能力的不足，地表邊坡穩(wěn)定性約束通過多余觀測降低單點(diǎn)噪聲的影響，從而無需外部測量等數(shù)據(jù)，可使得三維形變反演的結(jié)果精度提升。