基于地基SAR的桥梁形变监测研究

【摘要】本文利用地基SAR系统对人工跨湖桥梁进行形变监测，并试验研究了地基SAR轨道稳定性对测量结果的影响。通过对监测数据进行聚焦、配准、生成干涉图、提取形变相位以及相位解缠处理，得到地基SAR监测结果与实际情况相符，但监测过程中的轨道变动会对测量结果造成较大影响，所以在监测过程中必须确保地基SAR系统架设在一个稳定的平台上。

【关键词】地基SAR;桥梁;变形监测

1、引言

地基合成孔径雷达（Ground-Based Synthetic Aperture Radar，GBSAR）差分干涉测量技术是近20年新发展起来的极具发展潜力的局部区域地表形变监测技术，其所使用的测量原理与星载SAR相似[1]。相较于传统形变测量技术，地基SAR系统优势对远距离、大范围、连续空间覆盖实时监测，而且重复观测周期短，空间分辨率高，测量精度可达毫米级 [2]。目前，地基SAR主要应用在监测滑坡、露天煤礦边坡、火山活动、冰川等领域的地表形变，以及大坝、桥梁、塔台等大型人造建筑物[3]。

2、地基SAR在人工跨湖桥梁监测中的应用

利用地基SAR系统对人工跨湖桥梁进行监测，试验中地基SAR系统架设于桥对岸的一处水泥稳定平台上，设备和桥之间视线通透，无遮挡物，雷达信号的发射能量能覆盖整个人工跨湖桥梁，并尽量保证较小的入射角，角反射器正对传感器摆放在湖面的水上走廊中。本次监测共采集数据660景，试验中人工微调了角反射器7次，微动导轨2次，持续时间约4h。

图1为人工跨湖桥梁平均振幅图，从图中可以看出桥的大致轮廓，说明桥的振幅强度大，而湖边走廊的轮廓也清晰可见。地基SAR数据处理步骤中，相位解缠是最重要的一步，确定了相位整周模糊度便能获得真实形变相位。相位解缠时选择一组永久散射体候选子集，经处理分析永久散射体间的弧来消除大气噪声等低频信号的影响，通过计算估计相位测量精度的振幅分布指数来筛选永久散射体。

本次监测持续时间很短，且周围大气环境较稳定，因此在数据处理时没有去除大气效应影响。将采集的原始数据经过聚焦、配准、生成干涉图、提取形变相位以及相位解缠之后，便可得到目标区沿雷达视线方向的形变值。

从桥上随机选取3个PS点以及角反射器进行时间序列分析，图2为选取的PS点位置示意图。监测过程中对导轨进行了2次不同幅度的微动，第一次是在传感器工作的情况进行的，而第二次是在传感器间歇时间里进行的，监测所得形变曲线如图3所示。从图中可以看出，微动导轨前后的位移值产生了较为明显的跳变，而其余时间段里的形变值处于一个相对稳定的状态，与实际监测情况相符。

结语：

地基合成孔径雷达差分干涉测量技术利用微波探测主动成像来获取研究区的二维影像，是一种新型的对地微变形监测技术。对人工跨湖桥梁的监测结果表明利用快速地面合成孔径雷达系统可以实现研究区毫米级形变监测，系统导轨的微小移动会导致最后形变结果失真，所以在监测过程中需保证监测平台稳定性。

参考文献：

[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]杨红磊，彭军还，崔洪曜等.GB-InSAR监测大型露天矿边坡形变[J].地球物理学进展，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.

作者简介：

尹炼（1991.09-），男，汉族，湖南岳阳，助理工程师，本科，从事测绘方向。