高分辨率雷达卫星监测特高压铁塔及导线形变关键技术研究

In China,High voltage power line spread more than 2 hundreds thousand km. Landslide,ice storm et.al may cause deformation of power towers and lines. Monitoring the deformation by satellite remote sensing turns to be urgent. PS techniques can detect mm level deformation in line of sight RADAR. It has been widely used in city subsidence,skyscraper deformation,landsilde and so on..This project firtly use high resolution SAR satellite to monitor power towers and lines deformation. The 3D position of the PS point on towers and lines will be analyzed. The estimation equations for PS defination in time and space dimension will be studied. Using the measuring data , profile data of the structure of power towers and lines to find the RADAR reflection characters. An new methodology will be studied for deasling this kind of targets. Many sensor on power towers and lines will be used to define the periodic movement of the towers and how to remove these signal from the PS time series will be studied..This project aimed to expand PS and temperal PS method to monitoring target like power towers and lines. The new methodology may be have great worth for monitoring the national grid and mobile base station movement.

我国特高压输电线路长达数万公里，线路走廊地质灾害隐患、冰雪灾害等多种因素会导致铁塔形变，威胁电网输电安全，迫切需要广域的卫星遥感监测手段。雷达干涉测量时序分析技术可获取mm级精度的视线向形变，已广泛应用于城市地面沉降、大型建筑物变形、滑坡监测等方面。本项目首次利用高分辨率雷达卫星影像监测高压输电铁塔及导线的形变，开展对其三维永久散射特征点的空间位置定位、时空域判别准则、周期性变化分析与验证研究。利用已知高压铁塔与导线空间位置关系、塔材及导线反射截面尺寸等数据，研究此类目标永久散射体三维空间定位方法及理论。利用铁塔及导线上的多种传感器，获取其因自身温度、风力等因素导致的形变，并与PS时序分析数据进行对比研究；研究其日周期、年周期等的影响因素，分离出真实的形变。本项目拓展了雷达干涉测量的应用领域，研究成果对监测高压电网安全运行有重要的实用价值，未来可拓展到移动通信基站等类似物体的形变监测中。

由于我国煤炭能源和水电能源分布特点，近年来建设了数万公里的超、特高压输电线路用于电力能源的运输。项目组利用卫星遥感技术，针对输电线路铁塔基础、导线等形变及输电走廊自然灾害隐患等需求，开展了相关的研究工作。.本项目利用高分辨率雷达卫星时间序列影像，选取了多个高压输电线路，针对长金属导线目标的雷达信号散射强度、散射斑形成机制、散射斑相位的时序变化特征开展了深入的分析和研究工作。研究发现了3m分辨率条带模式SAR影像中，输电导线的散射与卫星飞行的方位角存在±15左右的关系，散射斑成像位置与夹角和垂曲率之间的关系等等。通过时间序列分析，发现了输电导线散射斑在方位向和距离向的移动可达1～3个像元，与线路环境温度的相关性高，初步分析与导线的垂曲有关，还需要进一步的实验验证。导线散射斑的相位时间序列具有较强的随机性，通过专门的编程处理，未得到规律性的结果，初步分析可能是导线本身的位移较大产生了相位模糊度导致，进一步准备采用子带干涉技术进行分析和验证工作。针对输电铁塔在煤炭采空区的安全需求，项目组利用ALOS数据对位于采空区的铁塔开展了形变监测，发表论文一篇，成果用于电网的安全评估。.项目研究团队四年来在InSAR数据处理技术方面开展了深入的理论研究和软件开发，主要包括：1，同分布点目标（DS）与永久散射体目标（PS）的融合与分析方法；2，子带干涉技术的研究及其在大桥变形中的应用；3，TOPS成像中方位向burst之间相位跳变的消除方法研究—谱分集（SD）与增强谱分集（ESD）。基于以上InSAR的理论研究，开展了填海区及土石坝变形监测，大桥变形监测和Sentinel-1卫星配准软件开发等工作，发表SCI，EI论文多篇。另外，研究团队利用气象数据、NDVI，高分光学卫星等数据结合湖北电网公司的历史火点数据开展了输电走廊的火险评估分析，研究成果在湖北电网进行了实际应用并发表了SCI和EI论文各一篇。.项目发表论文17篇，其中SCI检索2篇，EI检索6篇。联合指导博士后5名，培养博士生3名，硕士生6名。.