CN105783754A - 基于三维激光扫描的GBInSAR三维位移场提取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于三维激光扫描的GBInSAR三维位移场提取方法,该方法是通过利用GBInSAR对监测区域进行高精度监测的同时,利用三维激光扫描仪对监测区域进行精细扫描,分别得到两者的变形信息,然后将其进行精确配准,利用三维激光扫描得到的投影角和GBInSAR高精度的视线向位移,有效的将两者的变形信息融合在一起,最终得到高精度的三维位移场。本发明所达到的有益效果:通过三维激光获取变形体的三维变形信息,结合GBInSAR技术获取雷达视线向的距离,实现高精度三维位移场的快速获取,具有速度快、精度高、覆盖范围广、便携、易操作、全天候等优点,对地形变监测技术领域具有良好的理论意义和实际应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于三维激光扫描的GBInSAR三维位移场提取方法,属于地基雷达干涉测量技术领域。
背景技术
变形监测是对被监测的对象或物体进行测量,以确定其空间位置及内部形态随时间的变化特征。传统的监测手段由于空间分辨率低、连续性差、受环境影响大等缺点,阻碍了变形监测的应用和发展。如何快速获取变形体高精度、高空间分辨率的三维位移场信息已成为变形监测的研究重点。
近年来,合成孔径雷达干涉测量(SyntheticApertureRadarInterferometry,InSAR)技术为变形监测开辟了一条新的道路。随着InSAR遥感技术的不断发展与完善,该技术已成功应用于地质、水文、测绘、军事、环境监测等领域。
三维激光扫描技术是一门新兴的测绘技术,能够快速获得原始测绘数据并高精度地重建扫描实体的三维模型。该技术精度高、速度快、应用范围广,克服了传统方法单点测量的缺陷,是目前国内外测绘领域研究的热点之一,已广泛应用于建筑物的变形监测。
地基合成孔径雷达干涉测量(GBInSAR,GroundBasedInSAR)作为一种新型的对地形变监测技术,其优点主要有:速度快、精度高、覆盖范围广、便携、易操作、全天候等。GBInSAR虽是一种极具潜力的新型空间大地测量方法,GBInSAR技术只能获取雷达视线向的距离,不能直接提取变形体的三维位移场,限制了GBInSAR的应用。而三维激光可以获取变形体的三维变形信息,但其观测范围有限。如果将这两种技术融合,取长补短,可获取高精度的三维位移场。GBInSAR和三维激光扫描融合可实现高精度三维位移场的快速获取,但目前对融合技术的研究尚不够深入。因此,开展对GBInSAR和三维激光扫描融合技术的研究,提出一套切实可行的技术方案,具有良好的理论意义和实际应用价值。
发明内容
为解决现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种能够高精度融合三维激光和GBInSAR变形信息得到高精度的三维位移场。
为了实现上述目标,本发明采用如下的技术方案:
一种基于三维激光扫描的GBInSAR三维位移场提取方法,其特征是,包括如下步骤:
1)选择监测区域,在监测区域内合适位置处放置三维激光扫描仪和GBInSAR观测装置;所述三维激光扫描仪的位置坐标为L(xL,yL,zL),GBInSAR观测装置的位置坐标为G(xL,yL,zL);
2)在监测区域内放置若干个角反射器,分别计其坐标N为角反射器的个数,作为后期两种变形数据的配准控制点使用;
3)利用三维激光扫描仪和GBInSAR观测装置对监测区域同时监测,获取监测区域的监测信息:
对三维激光扫描仪获取的点云数据进行配准得到监测点的变形量(Δx,Δy,Δz);
对GBInSAR影像数据进行配准、干涉、解缠等处理,得到雷达高精度视线向位移los;
4)在GBInSAR影像数据和三维激光扫描仪获取的点云数据中,提取监测区域内角反射器在各自坐标系下的坐标,分别记为统一坐标系,利用下式分别将三维激光扫描坐标和GBInSAR坐标转化到基准坐标系下,其中,表示GBInSAR的像素坐标向基准坐标的转换函数,表示三维激光扫描数据向基准坐标的转换函数,转换函数采用多项式函数或者其它函数;
5)经过配准之后,三维激光扫描监测数据和GBInSAR监测数据配准到统一基准坐标系下,利用坐标反算以下公式求得投影角α,γ:
6)利用得到的α,γ和GBInSAR得到的高精度视线向位移los计算三维位移场:
前述的基于三维激光扫描的GBInSAR三维位移场提取方法,其特征是,所述步骤1)中,监测区域须为地表植被覆盖较少,具有一定坡度,且周围环境变化较小。
前述的基于三维激光扫描的GBInSAR三维位移场提取方法,其特征是,所述步骤1)中三维激光扫描仪和GBInSAR观测装置的监测范围大致相同。
前述的基于三维激光扫描的GBInSAR三维位移场提取方法,其特征是,所述步骤1)中三维激光扫描仪和GBInSAR观测装置位于同一水准面,相隔距离依据经验值设置。
前述的基于三维激光扫描的GBInSAR三维位移场提取方法,其特征是,所述监测区域内的角反射器均匀分布在监测区域内。
本发明所达到的有益效果:通过三维激光扫描获取变形体的三维变形信息,结合GBInSAR技术获取雷达视线向高精度的位移,实现高精度三维位移场的快速获取,具有速度快、精度高、覆盖范围广、便携、易操作、全天候等优点,对地形变监测技术领域具有良好的理论意义和实际应用价值。
附图说明
图1是本发明的三维位移场提取流程图;
图2是基于三维激光扫描的GBInSAR提取三维位移场原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明涉及一种基于三维激光扫描的GBInSAR三维位移场提取方法,包括以下步骤:
1)选择监测区域,在监测区域内合适位置处放置三维激光扫描仪和GBInSAR观测装置,如图1所示,三维激光扫描仪的位置坐标为L(xL,yL,zL),GBInSAR的位置坐标为G(xL,yL,zL),使两者的监测范围大致相同。
监测区域须为地表植被覆盖较少,具有一定坡度,且周围环境变化较小。三维激光扫描仪和GBInSAR观测装置的监测范围大致相同,装置位于同一水准面,相隔距离依据经验值设置。
2)在监测区域内放置若干角反射器,分别计其坐标N为角反射器的个数,作为后期两种变形数据的配准控制点使用。优选地,监测区域内的角反射器均匀分布在监测区域内。
3)利用三维激光扫描仪和GBInSAR观测装置对监测区域同时监测,获取监测区域的监测信息,对三维激光扫描仪获取的点云数据进行配准得到监测点的变形量(Δx,Δy,Δz),对GBInSAR影像数据进行配准、干涉、解缠等处理,得到雷达视线向高精度位移。
4)在GBInSAR影像数据和三维激光扫描仪获取的点云数据中,提取监测区域内角反射器在各自坐标系下的坐标,分别记为
为了统一坐标系,利用下式分别将三维激光扫描坐标和GBInSAR坐标转化到基准坐标系下,表示GBInSAR的像素坐标向基准坐标的转换函数,表示三维激光扫描数据向基准坐标的转换函数,转换函数可以采用多项式函数或者其它函数。
5)经过配准之后,三维激光扫描监测数据和GBInSAR监测数据配准到统一基准坐标系下,利用坐标反算公式求得α,γ,
6)利用得到的α,γ和GBInSAR得到的高精度视线向位移los计算三维位移场:
本发明通过三维激光获取变形体的三维变形信息,结合GBInSAR技术获取雷达视线向的距离,实现高精度三维位移场的快速获取,具有速度快、精度高、覆盖范围广、便携、易操作、全天候等优点,对地形变监测技术领域具有良好的理论意义和实际应用价值。
上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.基于三维激光扫描的GBInSAR三维位移场提取方法,其特征是,包括如下步骤:
1)选择监测区域,在监测区域内合适位置处放置三维激光扫描仪和GBInSAR观测装置;
所述三维激光扫描仪的位置坐标为L(xL,yL,zL),GBInSAR观测装置的位置坐标为G(xL,yL,zL);
2)在监测区域内放置若干个角反射器,分别计其坐标N为角反射器的个数;
3)利用三维激光扫描仪和GBInSAR观测装置对监测区域同时监测,获取监测区域的监测信息:
对三维激光扫描仪获取的点云数据进行配准得到监测点的变形量(Δx,Δy,Δz);
对GBInSAR影像数据进行配准、干涉、解缠处理,得到雷达高精度视线向位移los;
4)在GBInSAR影像数据和三维激光扫描仪获取的点云数据中,提取监测区域内角反射器在各自坐标系下的坐标,分别记为
统一坐标系,利用下式分别将三维激光扫描坐标和GBInSAR坐标转化到基准坐标系下,其中,表示GBInSAR的像素坐标向基准坐标的转换函数,表示三维激光扫描数据向基准坐标的转换函数,转换函数采用多项式函数或者其它函数;
5)经过配准之后,三维激光扫描监测数据和GBInSAR监测数据配准到统一基准坐标系下,利用坐标反算以下公式求得投影角α,γ:
6)利用得到的α,γ和GBInSAR得到的高精度视线向位移los计算三维位移场:
2.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描的GBInSAR三维位移场提取方法,其特征是,所述步骤1)中,监测区域须为地表植被覆盖较少,具有一定坡度,且周围环境变化较小。
3.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描的GBInSAR三维位移场提取方法,其特征是,所述步骤1)中三维激光扫描仪和GBInSAR观测装置的监测范围大致相同。
4.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描的GBInSAR三维位移场提取方法,其特征是,所述步骤1)中三维激光扫描仪和GBInSAR观测装置位于同一水准面,相隔距离依据经验值设置。
5.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描的GBInSAR三维位移场提取方法,其特征是,所述监测区域内的角反射器均匀分布在监测区域内。
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