基于地基SAR的橋梁形變監(jiān)測研究

【摘要】本文利用地基SAR系統(tǒng)對人工跨湖橋梁進行形變監(jiān)測，并試驗研究了地基SAR軌道穩(wěn)定性對測量結(jié)果的影響。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行聚焦、配準(zhǔn)、生成干涉圖、提取形變相位以及相位解纏處理，得到地基SAR監(jiān)測結(jié)果與實際情況相符，但監(jiān)測過程中的軌道變動會對測量結(jié)果造成較大影響，所以在監(jiān)測過程中必須確保地基SAR系統(tǒng)架設(shè)在一個穩(wěn)定的平臺上。

【關(guān)鍵詞】地基SAR;橋梁;變形監(jiān)測

1、引言

地基合成孔徑雷達（Ground-Based Synthetic Aperture Radar，GBSAR）差分干涉測量技術(shù)是近20年新發(fā)展起來的極具發(fā)展?jié)摿Φ木植繀^(qū)域地表形變監(jiān)測技術(shù)，其所使用的測量原理與星載SAR相似[1]。相較于傳統(tǒng)形變測量技術(shù)，地基SAR系統(tǒng)優(yōu)勢對遠距離、大范圍、連續(xù)空間覆蓋實時監(jiān)測，而且重復(fù)觀測周期短，空間分辨率高，測量精度可達毫米級 [2]。目前，地基SAR主要應(yīng)用在監(jiān)測滑坡、露天煤礦邊坡、火山活動、冰川等領(lǐng)域的地表形變，以及大壩、橋梁、塔臺等大型人造建筑物[3]。

2、地基SAR在人工跨湖橋梁監(jiān)測中的應(yīng)用

利用地基SAR系統(tǒng)對人工跨湖橋梁進行監(jiān)測，試驗中地基SAR系統(tǒng)架設(shè)于橋?qū)Π兜囊惶幩喾€(wěn)定平臺上，設(shè)備和橋之間視線通透，無遮擋物，雷達信號的發(fā)射能量能覆蓋整個人工跨湖橋梁，并盡量保證較小的入射角，角反射器正對傳感器擺放在湖面的水上走廊中。本次監(jiān)測共采集數(shù)據(jù)660景，試驗中人工微調(diào)了角反射器7次，微動導(dǎo)軌2次，持續(xù)時間約4h。

圖1為人工跨湖橋梁平均振幅圖，從圖中可以看出橋的大致輪廓，說明橋的振幅強度大，而湖邊走廊的輪廓也清晰可見。地基SAR數(shù)據(jù)處理步驟中，相位解纏是最重要的一步，確定了相位整周模糊度便能獲得真實形變相位。相位解纏時選擇一組永久散射體候選子集，經(jīng)處理分析永久散射體間的弧來消除大氣噪聲等低頻信號的影響，通過計算估計相位測量精度的振幅分布指數(shù)來篩選永久散射體。

本次監(jiān)測持續(xù)時間很短，且周圍大氣環(huán)境較穩(wěn)定，因此在數(shù)據(jù)處理時沒有去除大氣效應(yīng)影響。將采集的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過聚焦、配準(zhǔn)、生成干涉圖、提取形變相位以及相位解纏之后，便可得到目標(biāo)區(qū)沿雷達視線方向的形變值。

從橋上隨機選取3個PS點以及角反射器進行時間序列分析，圖2為選取的PS點位置示意圖。監(jiān)測過程中對導(dǎo)軌進行了2次不同幅度的微動，第一次是在傳感器工作的情況進行的，而第二次是在傳感器間歇時間里進行的，監(jiān)測所得形變曲線如圖3所示。從圖中可以看出，微動導(dǎo)軌前后的位移值產(chǎn)生了較為明顯的跳變，而其余時間段里的形變值處于一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)，與實際監(jiān)測情況相符。

結(jié)語：

地基合成孔徑雷達差分干涉測量技術(shù)利用微波探測主動成像來獲取研究區(qū)的二維影像，是一種新型的對地微變形監(jiān)測技術(shù)。對人工跨湖橋梁的監(jiān)測結(jié)果表明利用快速地面合成孔徑雷達系統(tǒng)可以實現(xiàn)研究區(qū)毫米級形變監(jiān)測，系統(tǒng)導(dǎo)軌的微小移動會導(dǎo)致最后形變結(jié)果失真，所以在監(jiān)測過程中需保證監(jiān)測平臺穩(wěn)定性。

參考文獻：

[1]Casagli， N. ， Catani， F. ， Del Ventisette， C. ， Et al.? Monitoring， prediction， and early warning using ground-based radar interferometry[J]. Landslide，2010，7（3）：291-301.

[2]楊紅磊，彭軍還，崔洪曜等.GB-InSAR監(jiān)測大型露天礦邊坡形變[J].地球物理學(xué)進展，2012，27（4）：1804-1811.DOI：10.6038/j.issn.1004-2903.2012.04.064.

[3]PIERACCINI M.， MECATTI D.， NOFERINI L.， et al. SAR interferometry for detecting the effects of earthquakes on buildings[J]. NDT&E International， 2002， 35（8）：615-625.

作者簡介：

尹煉（1991.09-），男，漢族，湖南岳陽，助理工程師，本科，從事測繪方向。