海岸堤坝安全监测预警方法及系统.pdf

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1、(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202410005837.9(22)申请日 2024.01.03(71)申请人 中国海洋大学地址 266100 山东省青岛市崂山区松岭路238号(72)发明人 李广雪李季刘玲(74)专利代理机构 青岛匠海舟盈专利代理事务所(普通合伙)37401专利代理师 解林英(51)Int.Cl.G01D 21/02(2006.01)G08B 31/00(2006.01)(54)发明名称一种海岸堤坝安全监测预警方法及系统(57)摘要本发明属于海洋风场信息识别技术领域，公开了一种海岸堤坝安全监测预警方法及系统。该。

2、方法集成空天地多源对地观测技术，对海岸带地区基础设施不同时空尺度全覆盖监测，包括从滩涂海堤水下全范围监测到海堤裂缝渗流精细检测，从长期演变累积效应到实时动态灾害预警同时间尺度响应分析；建成多要素数据库，获取在气候变化长时间尺度和风暴潮短期事件作用下基础设施地面形变对海平面变化的响应数据。本发明针对地面沉降因素的叠加影响，提升了海岸带重大基础设施的精确监测手段，构建基础设施应对海平面和气候变化的预警、评价系统，为城市规划、海岸带开发、环境保护和工程建设等部门的决策制订提供科学依据。权利要求书3页 说明书12页 附图2页CN 117516636 A2024.02.06CN 117516636 A1。

3、.一种海岸堤坝安全监测预警方法，其特征在于，该方法集成空天地多源对地观测技术，对海岸带地区基础设施不同时空尺度全覆盖监测，从滩涂海堤水下全范围监测到海堤裂缝渗流精细检测，从长期演变累积效应到实时动态灾害预警同时间尺度响应分析；基于获取的海岸带地区基础设施不同时空尺度全覆盖监测信息，建成多要素数据库，获取在气候变化长时间尺度和风暴潮短期事件作用下，基础设施地面形变对海平面变化的响应数据；具体包括以下步骤：S1，基于多源对地观测的形变监测技术，构建由面到点的全覆盖观测系统以及构建常态事件不同时间尺度和作用强度的海洋动力及水下海床变化监测系统；S2，根据多源观测技术确定海岸带基础设施的宏观形变特征和。

4、重点监测区域，提取形变精细特征，分析形变的诱发机制；S3，建立海岸带基础设施地面形变及环境参数数据库，建立海岸带基础设施形变预警与决策支持系统。2.根据权利要求1所述的海岸堤坝安全监测预警方法，其特征在于，在步骤S1中，所述基于多源对地观测的形变监测技术包括：（1）利用TanDEM卫星数据和InSAR技术生成研究区域基础6m DEM数字高程模型；（2）利用InSAR技术进行全域普查和定期更新，选出重点监测区域，针对海岸带形变长时间InSAR监测结果，利用InSAR时序分析技术模块，监测分布式目标、永久散射目标，换算海岸带地区基础设施线状和面状区域的形变信号；（3）利用UAV Lidar机载扫描。

5、技术或UAV Camera机载扫描技术进行海岸线提取、海岸线变化监测、滩涂测绘、岛屿测绘、海滩地面沉降、灾情分析，同时配合多波束测深系统，对水下地形全覆盖测量；（4）利用地基合成孔径雷达系统进行基础设施的现场遥感观测，结合RTGSAR实时地基雷达处理系统，近实时实现干涉图生成、强相干点探测、相位2D/3D解缠、大气误差估计和形变量提取；（5）堤坝主体部位InSAR定期更新，并在坝顶部路面和向海斜坡部位使用MultiGNSS实时监测；（6）利用历史验潮站数据和GNSS数据分析海平面变化；（7）基于InSAR的长时间高精度普查、基于机载三维激光扫描技术的滩涂补充调查；以及基于地基合成孔径雷达、地质。

6、雷达、无人机的重点区域精细监测，构建由面到点的全覆盖观测系统；选择海岸带基础设施部位，构建常态事件不同时间尺度和作用强度的海洋动力及水下海床变化监测系统。3.根据权利要求2所述的海岸堤坝安全监测预警方法，其特征在于，在步骤（2）中，所述利用InSAR技术进行全域普查和定期更新包括：采用GAMMA软件进行SAR影像干涉处理，实现Python框架下的SAR数据从单视复数影像到数字高程模型、地表形变全过程。4.根据权利要求2所述的海岸堤坝安全监测预警方法，其特征在于，在步骤（2）中，所述利用InSAR时序分析技术模块，监测分布式目标、永久散射目标包括：基于InSAR时序分析技术实现Python框架下。

7、的SBAS InSAR时序分析方法的扩展：对SAR数据进行影像配准、重采样、强相干点的选取、干涉图生成、干涉图滤波、干涉基线精化和强权利要求书1/3 页2CN 117516636 A2相干点相位时序分析处理。5.根据权利要求2所述的海岸堤坝安全监测预警方法，其特征在于，在步骤（2）中，所述换算海岸带地区基础设施线状和面状区域的形变信号包括：根据时空基线和方位向扫描同步比例选择干涉图序列，利用相位闭合环方法自动识别、校正相位解缠误差；基于大气改正在线服务系统校正InSAR地形的大气延迟。6.根据权利要求2所述的海岸堤坝安全监测预警方法，其特征在于，在步骤（4）中，所述结合RTGSAR实时地基雷达。

8、处理系统，近实时实现干涉图生成、强相干点探测、相位2D/3D解缠、大气误差估计和形变量提取包括：采用距离向分频谱方法估计与改正受电离层影响的干涉图电离层相位屏，利用面向分布式目标的SBAS方法获得相干性较低的海岸带时序InSAR，采用预先定义的函数词典表达地表形变时间特征，采用网络轨道改正方法迭代估计形变速率和轨道坡面参数；函数词典包括线性、多项式、幂函数、指数衰减、季节性、B样条函数。7.根据权利要求6所述的海岸堤坝安全监测预警方法，其特征在于，所述利用面向分布式目标的SBAS方法获得相干性较低的海岸带时序InSAR，采用预先定义的函数词典表达地表形变时间特征，采用网络轨道改正方法迭代估计形。

9、变速率和轨道坡面参数包括：根据下式实现三维形变分量与InSAR观测量的转换：，式 中，为 入 射 角，为 卫 星 航 向 角，垂 直 分 量 与 L O S 向 位 移 的 关 系 为：为 LOS方向位移，为水平位移在卫星航向上的分量，为东向位移，为北向位移，为垂向位移；参照SBAS算法组成联立方程组，求解形变时间序列、平均线性速率、残余地形误差，利用多模式、多轨道InSAR资料开展内符合精度检核；结合测区GPS或水准观测资料评估InSAR时序分析结果及不确定性，利用下式融合升降轨LOS向速率得到垂向与水平方向形变速率，将 SAR 信息投影至 GPS 坐标框架，其中分别代表入射角和卫星航向角：。

10、，式中，为垂直形变速率，为水平形变速率，为升轨速率，为降轨速率，为升轨入射角，为降轨入射角，为升轨航向角，为降轨航向角。8.根据权利要求1所述的海岸堤坝安全监测预警方法，其特征在于，在步骤S2中，所述提取形变精细特征，分析形变的诱发机制包括：针对海平面上升与地面沉降的耦合作用，利用海岸带大范围地表垂直形变速率，联合精密地形资料评估对基础设施的影响，进行海岸带对不同海平面上升场景的空间静态响应权利要求书2/3 页3CN 117516636 A3分析，对基础设施的地表垂直形变进行连续监测，获取其对全球气候变化响应的形变物理模型。9.根据权利要求1所述的海岸堤坝安全监测预警方法，其特征在于，在步骤S。

11、3中，所述建立海岸带基础设施地面形变及环境参数数据库，建立海岸带基础设施形变预警与决策支持系统包括：采用云计算和格网处理构建海岸带基础设施对地观测与评价系统原型，通过对海岸带基础设施垂直形变开展近实时监测，对海岸带基础设施健康进行实时评价，包括对台风、风暴潮形变破坏进行预警。10.一种海岸堤坝安全监测预警系统，其特征在于，该系统实施如权利要求19任意一项所述的海岸堤坝安全监测预警方法，该系统包括：多源对地观测模块（1），用于融合卫星、空中、地面、海岸、水下多源遥感信息和现场数据获取、观测、处理；InSAR数据处理模块（2），用于多源SAR数据差分干涉测量、相位误差源校正与InSAR时序分析；海。

12、岸带形变监测模块（3），用于相对海平面变化相关的海岸带淹没响应评估，海平面变化包括绝对海平面变化与地面沉降因素的叠加效应。权利要求书3/3 页4CN 117516636 A4一种海岸堤坝安全监测预警方法及系统技术领域0001本发明属于海洋风场信息识别技术领域，尤其涉及一种海岸堤坝安全监测预警方法及系统。背景技术0002海岸带是人口、城市最集中的地区，在海岸带地区大约集中了人类40%以上的人口，创造了60%以上的GDP。同时，人类活动对海岸带环境的影响也最为深刻。大量开采地下水，使地下水位下降，产生地下漏斗，造成地面大面积下沉。另外，众多的高层建筑，亦增加了地面承载力，加剧了地面下沉的速率。在海。

13、平面上升和地面沉降的双重作用下，导致风暴潮、洪涝、海岸侵蚀、海水入侵与土壤盐渍化等灾害加重，加剧了海岸带生态系统的破坏，威胁沿海基础设施安全，影响正常的生产和生活。如何精确确定人类活动、全球气候变暖背景下海岸带大型基础设施对海平面上升的响应过程和机制。海平面上升加剧了沿海地区风暴潮侵入、海岸侵蚀等问题，海岸带地表及其大型基础设施垂直形变的精确确定是理解海平面变化和海岸带潜在淹没灾害的关键因素。基于多源对地观测技术构建海岸带大型基础设施的结构健康监测及安全评价是亟待解决的关键技术问题。近年来，GNSS、星载/地基InSAR、UAV Lidar等已广泛应用于地震、火山、滑坡、地面沉降等形变监测，为。

14、精确确定人类活动、气候变暖背景下海岸带城市、河口低地平原的地表形变监测与分析提供了重要观测资料，促进了大型基础设施对海平面上升响应过程与机制的理解。0003InSAR的时间序列分析技术是通过叠加、平均或时空滤波干涉图序列的处理方式，探测点目标散射体、面状散射体或者两种散射体组合的时空变化特征，这一技术已广泛用于获得mm/yr级精度的地面沉降形变信号。目前，有多颗在轨运行的InSAR卫星传感器（如C波段Sentinel1A/B、Radarsat2、X波段TerraSARX、L波段ALOS2卫星），规划中的下一代L波段高分宽幅SAR卫星TandemL在重访周期、轨道控制方面均有较大改进。可持续不断。

15、获取干涉合成孔径雷达测量数据，为高精度InSAR技术在某海岸带地表形变监测应用奠定了数据基础。目前对海平面上升的较长时间尺度影响研究、风险评估的成果还很缺乏，仅有个别城市提出了城市重大基础设施适应气候变化特别是海平面上升的信息。特别是，在综合利用InSAR、GNSS、UAV、Lidar等空间对地观测技术开展某海岸带大型基础设施的长期、连续形变监测等方面，现有技术仍然存在较多空白研究区域。0004通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术对地面沉降因素的叠加影响分析中，对海岸带重大基础设施的精确监测效果差，获得的基础设施对海平面和气候变化的预警信息精度低。发明内容0005为克服相关技术中。

16、存在的问题，本发明公开实施例提供了一种海岸堤坝安全监测预警方法及系统。0006所述技术方案如下：一种海岸堤坝安全监测预警方法，集成空天地多源对地观说明书1/12 页5CN 117516636 A5测技术，对海岸带地区基础设施不同时空尺度全覆盖监测，从滩涂海堤水下全范围监测到海堤裂缝渗流精细检测，从长期演变累积效应到实时动态灾害预警同时间尺度响应分析；基于获取的海岸带地区基础设施不同时空尺度全覆盖监测信息，建成多要素数据库，获取在气候变化长时间尺度和风暴潮短期事件作用下，基础设施地面形变对海平面变化的响应数据；具体包括以下步骤：S1，基于多源对地观测的形变监测技术，构建由面到点的全覆盖观测系统以。

17、及构建常态事件不同时间尺度和作用强度的海洋动力及水下海床变化监测系统；S2，根据多源观测技术确定海岸带基础设施的宏观形变特征和重点监测区域，提取形变精细特征，分析形变的诱发机制；S3，建立海岸带基础设施地面形变及环境参数数据库，建立海岸带基础设施形变预警与决策支持系统。0007在步骤S1中，基于多源对地观测的形变监测技术，包括：（1）利用TanDEM卫星数据和InSAR技术生成研究区域基础6m DEM数字高程模型；（2）利用InSAR技术进行全域普查和定期更新，选出重点监测区域，针对海岸带形变长时间InSAR监测结果，利用InSAR时序分析技术模块，监测分布式目标、永久散射目标，换算海岸带地区。

18、基础设施线状和面状区域的形变信号；（3）利用UAV Lidar机载扫描技术或UAV Camera机载扫描技术进行海岸线提取、海岸线变化监测、滩涂测绘、岛屿测绘、海滩地面沉降、灾情分析，同时配合多波束测深系统，对水下地形全覆盖测量；（4）利用地基合成孔径雷达系统进行基础设施的现场遥感观测，结合RTGSAR实时地基雷达处理系统，近实时实现干涉图生成、强相干点探测、相位2D/3D解缠、大气误差估计和形变量提取；（5）堤坝主体部位InSAR定期更新，并在坝顶部路面和向海斜坡部位使用MultiGNSS实时监测；（6）利用历史验潮站数据和GNSS数据分析海平面变化；（7）基于InSAR的长时间高精度普查、。

19、基于机载三维激光扫描技术的滩涂补充调查；以及基于地基合成孔径雷达、地质雷达、无人机的重点区域精细监测，构建由面到点的全覆盖观测系统；选择海岸带基础设施部位，构建常态事件不同时间尺度和作用强度的海洋动力及水下海床变化监测系统。0008在步骤（2）中，所述利用InSAR技术进行全域普查和定期更新包括：采用GAMMA软件进行SAR影像干涉处理，实现Python框架下的多种SAR数据从单视复数影像到数字高程模型、地表形变全过程。0009在步骤（2）中，所述利用InSAR时序分析技术模块，监测分布式目标、永久散射目标包括：基于InSAR时序分析技术实现Python框架下的SBAS InSAR时序分析方法。

20、的扩展：对SAR数据进行影像配准、重采样、强相干点的选取、干涉图生成、干涉图滤波、干涉基线精化和强相干点相位时序分析处理。在步骤（2）中，换算海岸带地区基础设施线状和面状区域的形变信号包括：根据时空基线和方位向扫描同步比例选择干涉图序列，利用相位闭合环方法自动识别、校正相位解缠误差；基于大气改正在线服务系统校正InSAR地形相关的大气延迟。说明书2/12 页6CN 117516636 A60010在步骤（4）中，所述结合RTGSAR实时地基雷达处理系统，近实时实现干涉图生成、强相干点探测、相位2D/3D解缠、大气误差估计和形变量提取包括：采用距离向分频谱方法估计与改正受电离层影响的干涉图电离层。

21、相位屏，利用面向分布式目标的SBAS方法获得相干性较低的海岸带时序InSAR，采用预先定义的函数词典表达地表形变时间特征，采用网络轨道改正方法迭代估计形变速率和轨道坡面参数；函数词典包括线性、多项式、幂函数、指数衰减、季节性、B样条函数。0011进一步，所述利用面向分布式目标的SBAS方法获得相干性较低的海岸带时序InSAR，采用预先定义的函数词典表达地表形变时间特征，采用网络轨道改正方法迭代估计形变速率和轨道坡面参数具体包括：根据下式实现三维形变分量与InSAR观测量的转换：，式中，为入射角，为卫星航向角，垂直分量与 LOS(卫星视线)向位移的关系为：；为 LOS 方向位移，为水平位移在卫星。

22、航向上的分量，为东向位移，为北向位移，为垂向位移；参照 SBAS 算法组成联立方程组，求解形变时间序列、平均线性速率、残余地形误差，利用多模式、多轨道 InSAR 资料开展内符合精度检核；结合测区 GPS 或水准观测资料评估 InSAR 时序分析结果及不确定性，利用下式融合升降轨 LOS 向速率得到垂向与水平方向形变速率，将SAR 信息投影至 GPS 坐标框架，其中分别代表入射角和卫星航向角：0012式中，为垂直形变速率，为水平形变速率，为升轨速率，为降轨速率，为升轨入射角，为降轨入射角，为升轨航向角，为降轨航向角。0013在步骤 S2 中，所述提取形变精细特征，分析形变的诱发机制包括：针对海。

23、平面上升与地面沉降的耦合作用，利用海岸带大范围地表垂直形变速率，联合精密地形资料评估对基础设施的影响，进行海岸带对不同海平面上升场景的空间静态响应分析，对基础设施的地表垂直形变进行连续监测，获取其对全球气候变化响应的形变物理模型。0014在步骤 S3 中，所述建立海岸带基础设施地面形变及环境参数数据库，建立海岸带基础设施形变预警与决策支持系统包括：采用云计算和格网处理构建海岸带基础设施对地观测与评价系统原型，通过对海岸带基础设施垂直形变开展近实时监测，对海岸带基础设施健康进行实时评价，包括对台风、风暴潮形变破坏进行预警。0015本发明的另一目的在于提供一种海岸堤坝安全监测预警系统，该系统实施海。

24、岸堤坝安全监测预警方法，该系统包括：多源对地观测模块，用于融合卫星、空中、地面、海岸、水下多源遥感信息和现场数据获取、观测、处理；InSAR数据处理模块，用于多源SAR数据差分干涉测量、相位误差源校正与InSAR时序分析；海岸带形变监测模块，用于相对海平面变化说明书3/12 页7CN 117516636 A7相关的海岸带淹没响应评估，海平面变化包括绝对海平面变化与地面沉降等因素的叠加效应。0016结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明针对地面沉降因素的叠加影响，提升了海岸带重大基础设施的精确监测手段，构建基础设施应对海平面和气候变化的预警、评价系统，为城市规划、海岸带开。

25、发、环境保护和工程建设等部门的决策制订提供科学依据。0017本发明解决了如何融合“空天地”多源对地观测技术实现对海岸带基础设施地面形变的精确监测的问题。多源对地观测数据（如：GNSS、星载/地基InSAR、UAV Lidar等）可以用于获取三维地形/地貌、三维形变、气象等观测参数，结合多种地质结构、风暴潮、海岸动力、断层活动等数学/物理模型，本发明融合多源对地观测参数实现对海岸基础设施结构健康的系统评价。附图说明0018此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理；图1是本发明实施例提供的海岸堤坝安全监测预警系统示意图；图2是本发。

26、明实施例提供的海岸堤坝安全监测预警系统原理图；图3是本发明实施例提供的海岸堤坝安全监测预警方法流程图；图中：1、多源对地观测模块；2、InSAR数据处理模块；3、海岸带形变监测模块。具体实施方式0019为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。0020本发明实施例提供的海岸堤坝安全监测预警系统及方法创新点在于：本发明集成“空天地”多源对地观。

27、测技术，实现对海岸带地区基础设施不同时空尺度全覆盖高精度监测，包括从“滩涂海堤水下”全范围监测到“海堤裂缝渗流”精细检测，从“长期演变累积效应”到“实时动态灾害预警”不同时间尺度响应分析。建成多要素数据库，揭示气候变化长时间尺度和风暴潮短期事件作用下基础设施地面形变对海平面变化的响应机制。在海岸带城市与重大基础设施适应气候变化的风险评估方面，以中国某三角洲与希腊Kalochori三角洲两个典型示范区为基础，基于技术互补研发海岸带地区基础设施地面形变评价与预警系统，为海岸带综合管理与建设提供技术支撑。0021实施例1，本发明实施例提供的海岸堤坝安全监测预警方法包括：S1，基于多源对地观测的形变监。

28、测技术，构建由面到点的全覆盖观测系统以及构建常态事件不同时间尺度和作用强度的海洋动力及水下海床变化监测系统；S2，根据多源观测技术确定海岸带基础设施的宏观形变特征和重点监测区域，提取形变精细特征，分析形变的诱发机制；S3，建立海岸带基础设施地面形变及环境参数数据库，建立海岸带基础设施形变说明书4/12 页8CN 117516636 A8预警与决策支持系统。0022地面形变是海岸带基础设施安全稳定的关键要素，其与构造运动、海平面变化、风暴潮等地质、气候和水文等要素密切相关。因此本发明进行了海岸防护大堤、港口、人工岛等基础设施的形变监测与分析，开发多参数融合的监测与评价系统。0023作为本发明另一。

29、种实施方式，本发明实施例提供的海岸堤坝安全监测预警方法包括：（1）基于多源对地观测的垂直形变近实时监测技术集成：基础设施精确普查技术：基于多源（如Sentinel1A/1B、Gaofen3、TerraSARX、COSMOSkyMed、ALOS2）多时相星载InSAR时序分析技术，对研究区域内的基础设施开展普查，并综合大气数值模型（如：高分辨率ECMWF）和地基观测资料（如：GNSS）等，削弱InSAR大气水汽影响，识别和圈定重点形变区域。重点形变区域的精细、连续监测技术集成：集成GNSS、InSAR、UAV、地质雷达、三维激光扫描等技术，实现对大坝、海港及人工岛等基础设施的重点形变区域的连续监。

30、测，其中：坝体三维形态探测技术：基于三维激光扫描技术，精确测绘坝体水上部分的三维形态；用三维实时成像声纳技术，准确获取堤坝等构筑物的水下三维结构；建立高精度高分辨率的坝体三维形态数字模型。坝体结构检测技术：基于地质雷达探测大坝、海港和人工岛建筑裂缝、渗漏等安全隐患，准确查明工程构筑物潜在的隐患性质和位置。坝体表面形变监测：利用多源星载InSAR多角度进行重复连续监测，对重点形变部位考虑使用GNSS实现实时监测；对极其关键基础设施，考虑使用地基雷达（GBSAR）实现近实时高时空分辨率监测。海岸环境监测技术：集成测深仪、浅地层剖面仪、海底观测站、三维海床冲淤数值模型，开展基础设施稳定性对海洋环境变。

31、化响应监测，其中：地基稳定性探测技术：基于测深仪测量基础设施周边水深地形，探明海堤侵蚀掏空、人工岛冲刷等状态；用浅地层剖面仪探测大坝、海港和人工岛周围的地层结构，结合工程地质钻孔判断其地基稳定性。0024海洋动力观测技术：关键海域布设海底观测站系统、地质雷达及浅剖测线，监测地震、风暴潮、波浪、水位等作用下海床基变化响应。建立三维海床冲淤数值模型：开展气象、海平面、海洋动力等影响下，基础设施环境海域海床冲淤变化数值模拟和预测。（2）海岸带基础设施地面形变精细特征及诱生机制：基于集成的重点形变区域精确、连续监测技术，开展地面形变精细特征的刻画及诱生机制分析。陆地地面形变精细特征：对黄河三角洲和Ka。

32、lochori三角洲的海港、河口、湿地、海堤、人工岛等不同区域的垂直形变进行普查，并遴选重点形变区域，开展垂直形变、水平位移、设施裂缝等的高精度、连续监测。0025水下地面变化特征及对海洋环境的响应：通过现场调查，结合历史测量资料，研究基础设施周边海域的水下地面变化特征，分析关键区域（海堤、人工岛）的地面沉降、海平面变化、构造、地震、堤前掏空、海床侵蚀速率等的作用和相互影响。海岸带基础设施地面形变机制分析：综合海床基观测、三维数值模型，开展地面形变机制分析，研究基础设施垂直形变、海堤掏空、海床侵蚀等对海平面变化、风暴潮增水和强浪、地面沉降、构造运动和地震活动等的响应。0026（3）海岸带基础设。

33、施地面形变评价与预警系统：海岸带基础设施地面形变及环境参数数据库：建立基础地理信息数据库（包括说明书5/12 页9CN 117516636 A9行政、道路、高分辨率DEM、水系等）、地质条件数据库（包括构造、地震、地面沉降等）、基础设施地面形变数据库（包括工程设施布局、垂直形变、精细结构等）、海洋环境数据库（包括风暴潮、海平面变化、浪、潮、流等）。地面形变评价系统：基于上述各要素数据库，研究海洋动力等级、地面形变等级、基础设施破坏等级划分；提取地面形变评价参数，建立地面形变评价体系、确定地面形变等级标准、构建地面形变评价系统。预警与决策支持系统：基于多源对地观测集成技术、对地面形变的诱发机制分。

34、析和地面形变评价系统，研发网络决策支持系统原型，通过对海岸带基础设施垂直形变开展近实时监测，对海岸带基础设施健康进行实时评价，尤其对台风、风暴潮等形变破坏进行预警，为海岸带规划管理、政府应急决策提供支持。0027实施例2，如图1所示，本发明实施例提供的海岸堤坝安全监测预警系统包括：多源对地观测模块1，用于融合卫星、空中、地面、海岸、水下多源遥感信息和现场数据获取、观测、处理等；InSAR数据处理模块2，是对地观测数据采集与分析的核心模块，用于多源SAR数据差分干涉测量、相位误差源校正与InSAR时序分析等；海岸带形变监测模块3，用于相对海平面变化（绝对海平面变化与地面沉降等因素的叠加效应）相关。

35、的海岸带淹没响应评估等.如图2所示，是本发明实施例提供的海岸堤坝安全监测预警系统的原理。0028在本发明实施例中，多源对地观测模块1包括：（1）基于InSAR技术的地表形变长时间监测：利用TanDEMX SAR数据生成研究区域高精度、高分辨率DEM；利用InSAR时序分析技术（InSAR TS+AEM）提取海岸带面状区域形变信号、生成地表形变图等产品；在某湿地、农田等低相干区域辅助布设人工角反射器，开展基础设施形变监测，得到年平均形变速率。（2）多系统GNSS的实时监测：在研究区域重点位置布设连续运行参考站系统（CORS）和实时动态流动站（RTK）观测，开展多系统（GPS、BDS、GLONAS。

36、S等）、多频（单频、双频等）、多模（单差、双差等）观测，用于精确获取三维点位（BLH、XYZ）、大比例尺测图和关键位置（如：大坝、道路、油井、角反射器等）位移量与形变速率等。（3）无人机航摄：使用无人机倾斜摄影搭载RTK模块，可对中小区域实现高效率、高精度地形测量及影像采集，精度可达厘米级。（4）基于地基SAR（GBSAR）系统现场遥感观测：具有高时空分辨率、设站灵活等特点，能获取任意雷达视线方向形变，解决星载SAR数据量有限、重访周期长和南北向形变监测不敏感的缺陷。（5）基于LiDAR的滩涂监测：三角洲滩涂部分因范围较大且地形特殊，监测困难，激光具有主动式探测作业时间灵活，具备精确测量地面高。

37、度和被水域完全吸收的特点，可应用于海岸线提取、海岸线变化监测、滩涂测绘、岛屿测绘、海滩地面沉降分析。（6）地质雷达探测：利用超高频的短脉冲电磁波，探测大坝、海港和人工岛等构筑物裂缝、渗流等损伤部位进行定位与判别。（7）在关键位置安装位移形变监测的传感器实时监测，通过物联网无线通讯技术可实时、持续传输数据到云平台，经工具处理转换后（清洗、标准化、去重、重构等），装载入数据库。（8）浅地层剖面探测：利用声波探测堤坝、人工岛等构筑物周边浅地层剖面结构，尤其在大浪、地震等自然作用下地基与地层结构的变化。（9）三维实时成像声呐探测；三维声呐探测技术在传统的侧扫声纳基础上增加了图像的深度信息，能够准确获取。

38、堤坝根部的掏蚀、悬空等三维空间形态信息；并结合多波束测深，对水下地形以条幅方式作全覆盖测量。（10）海底原位观测：使用水位计、声学多普勒流速剖说明书6/12 页10CN 117516636 A10面仪（ADCP）、浪龙等原位观测设备，同步观测风暴潮、波浪、水位等作用下基础设施周边的动力要素，观测时间宜安排在冬季和夏季，观测期间包含风暴潮过程。0029在本发明实施例中，三维海床冲淤数值模型及风暴潮预警包括：基于先进三角洲地貌演化数值模型Delft3D，建立三角洲三维高精度增水、浪、潮、流耦合数值模型。利用地面实测数据进行模型验证，研究大坝、海港等设施的形变过程对海洋动力，尤其是风暴潮、强浪等的响。

39、应过程及机制。为提高海域分辨率，模型使用嵌套网格，小网格分辨率宜小于50m。在本发明实施例中，海岸带基础设施静态淹没脆弱性分析：基于精密数字高程模型、海平面上升场景、地面运动速率等校正长期海岸带高程（如下式所示），评估相对海平面上升背景下的海岸带淹没静态响应，利用空间分析技术得到淹没脆弱风险预测结果等：，0030式中，表示未来某时刻淹没预测值，表示当前地面高程，表示未来某时刻海平面高度预测值 ，表示未来某时刻地面形变预测值，其中，在未来某时刻地面形变中，地面形变上升则预测值为正，地面形变下升则预测值为负，表示残留误差。0031在本发明实施例中，网络决策支持系统原型：网络处理系统：包括 GIS 。

40、数据库、机器学习、面向目标的图像分析、样本训练、特征探测、变化探测、数据分析与报告。决策支持系统：综合利用环境、社会经济等辅助数据，提供减灾策略与行动。可视化浏览系统：包括分类图、变化探测图、灾害图、三维地形图的互动浏览。0032实施例3在本发明实施例中，作为本发明另一种实施方式，本发明实施例提供的海岸堤坝安全监测预警方法包括：（1）首先，确定各自海岸带城市与工业重大基础设施类型、分布、年限等基本特征，包括交通、环境、能源、通讯等设施；（2）然后，采用多时相星载InSAR时序分析技术分别对各示范区基础设施进行普查，识别出重点形变区域，进而双方合作集成多系统GNSS、星载/地基InSAR、UAV。

41、、三维激光扫描等技术，对重点区域连续监测；（3）建立高分辨率InSAR与高频GNSS数据自动化处理、分析系统，综合利用大气数值模型（如：高分辨率ECMWF）和地基观测资料（如：GNSS）等削弱InSAR大气水汽影响，在前期自主开发的InSAR时序分析软件基础上，精化时序分析算法，实现大范围、海量数据的并行、近实时、自动化处理；（4）通过融合InSAR与GNSS等多源观测数据，精确提取地表形变量，分别生成各自示范区域的高精度垂直形变场，合作构建沉积物结构相互作用模型，揭示基础设施的形变活动规律；（5）最后，通过定量识别示范区地面沉降和工程局部沉降，合作评价地面沉降与海平面上升耦合形成的垂直形变效。

42、应及海岸带安全，双方共同制定灾害风险评估、预警评价标准，削减气候变化相关的地质灾害影响。0033在本发明实施例中，采用的技术包括：（1）卫星遥感与海洋测绘技术：拥有无人机倾斜摄影系统1套、无人机正射影像系说明书7/12 页11CN 117516636 A11统1套、三维激光扫描仪1套、地质雷达1套、高性能卫星遥感数据处理服务器和工作站多台，安装并熟练使用ENVI、ArcGIS、GAMMA、Gamit/GLOBK、JPL ISCE、GMTSAR、InSAR TS+AEM等主流商业、开源和自主开发软件，可开展Linux/Unix系统下的GNSS数据、光学与雷达遥感数据批处理以及无人机、三维激光扫描。

43、数据处理。（2）海洋工程安全保障技术：集成和研发了海洋工程环境现场探测与监测技术，建立了海底工程安全评价模式，为海岸大坝、采油平台管道安全运行提供了技术保障，在滩浅海油田工程化应用中，为油田创造经济价值超过120亿元，取得了良好社会效益。（3）地球物理探测技术：利用海洋地球物理信息数据采集、处理、解释、资源评价等一系列技术，为在敏感海域的基础地质调查进行分析，填补了该海域高精度高分辨率海洋地震数据的空白，创造经济效益1.3亿元。（4）数值运算技术：利用FVCOM、Delf3D、ROMS、SWAN先进海洋数值模型，已成功开展莱州湾极端天气增水、浪、流耦合数值计算、青东人工岛海洋工程环境关键参数设。

44、计、冬季大风渤黄海物质输运等数值模拟研究，具备丰富的极端天气事件作用下海洋动力变化、海床淤蚀等数值模拟经验。0034实施例4，在本发明实施例中，如图3所示，作为另一种实施方式，本发明实施例提供的海岸堤坝安全监测预警方法主要目标是联合欧洲“哥白尼哨兵系列”及协同任务（Sentinel1/2/3）与“高分系列”（GF1/2/3）卫星，利用多种对地观测技术（InSAR、GNSS、UAV、激光扫描等），研发海岸带基础设施垂直形变近实时监测、预警与决策支持系统，具体包括：步骤一，基于多源对地观测的形变监测技术：（1）利用TanDEM卫星数据和InSAR技术生成研究区域基础6m DEM数字高程模型。（2）。

45、利用InSAR技术进行全域普查和定期更新，选出重点监测区域，针对海岸带形变长时间InSAR监测结果，利用高级InSAR时序分析技术模块，监测分布式目标、永久散射目标，换算海岸带地区基础设施线状和面状区域的形变信号。0035采用最新Linux版GAMMA软件开展SAR影像干涉处理，实现Python框架下的多种SAR数据（Sentinel1、ALOS1/2 PALSAR、Envisat ASAR、ERS1/2等）从单视复数影像（SLC）到数字高程模型、地表形变图等产品全过程，基于开发的InSAR TS+AEM时序分析平台，实现Python框架下的SBAS InSAR时序分析方法的扩展：对SAR数据。

46、进行影像配准、重采样、强相干点（PS点和分布式目标）的选取、干涉图生成、干涉图滤波、干涉基线精化和强相干点相位时序分析等处理。0036根据时空基线和方位向扫描同步比例选择干涉图序列，利用相位闭合环方法自动识别、校正相位解缠误差；基于大气改正在线服务系统（GACOS）校正InSAR地形相关的大气延迟，该系统利用高分辨率的欧洲中尺度气象产品（ECMWF）、GNSS对流层延迟产品及高精度DEM资料估计天顶对流层延迟；采用距离向分频谱（SplitSpectrum）方法估计与改正受电离层影响的干涉图电离层相位屏（ALOS1/2 PALSAR或Sentinel1）；利用面向分布式目标的SBAS方法开展相干。

47、性较低的海岸带时序InSAR研究，采用预先定义的函数词典（线性、多项式、幂函数、指数衰减、季节性、B样条函数等）表达地表形变时间特征，采用网络轨道改正方法迭代估计形变速率和轨道坡面参数。0037根 据 下 式 实 现 三 维 形 变 分 量 与 I n S A R 观 测 量 的 转 换：，说明书8/12 页12CN 117516636 A12其中，为入射角，为卫星航向角，垂直分量与 LOS(卫星视线)向位移的关系为：；为 LOS 方向位移，为水平位移在卫星航向上的分量，为东向位移，为北向位移，为垂向位移。0038参照 SBAS 算法组成联立方程组，求解形变时间序列、平均线性速率、残余地形误差。

48、，利用多模式、多轨道 InSAR 资料开展内符合精度检核；结合测区 GPS 或水准观测资料评估 InSAR 时序分析结果及不确定性，利用下式融合升降轨 LOS 向速率得到垂向与水平方向形变速率，将SAR 信息投影至 GPS 坐标框架，其中分别代表入射角和卫星航向角：，式中，为垂直形变速率，为水平形变速率，为升轨速率，为降轨速率，为升轨入射角，为降轨入射角，为升轨航向角，为降轨航向角。0039（3）利用UAV Lidar或者UAV Camera等机载扫描技术进行海岸线提取、海岸线变化监测、滩涂测绘、岛屿测绘、海滩地面沉降、灾情分析，同时配合多波束测深系统，对水下地形全覆盖测量。UAV Lidar。

49、或者UAV Camera做重点区域高精度DEM，海洋滩涂测区范围较大且地形特殊，利用机载三维激光扫描技术（LiDAR）实现无控作业，激光主动式探测作业时间灵活，具备精确测量地面高度和被水域完全吸收的特点，应用于海岸线提取、海岸线变化监测、滩涂测绘、岛屿测绘、海滩地面沉降、灾情分析等，同时配合多波束测深系统，对水下地形以条幅方式作全覆盖测量。0040（4）利用地基合成孔径雷达系统（GBSAR）进行基础设施的现场遥感观测，结合实时地基雷达处理系统，近实时实现干涉图生成、强相干点探测、相位2D/3D解缠、大气误差估计和形变量提取。利用地基合成孔径雷达（GBSAR）系统开展基础设施的现场遥感观测，地基。

50、InSAR以其高时空分辨率、设站灵活等特点，在地表形变监测中具有相当的优势，能获取任意雷达视线方向形变，解决星载SAR数据量有限、重访周期长和南北向形变监测不敏感的缺陷。已经成功研发实时地基雷达（RTGSAR）处理系统，可近实时实现干涉图生成、强相干点探测、相位2D/3D解缠、大气误差估计和形变量提取等功能。（5）堤坝主体部位InSAR定期更新，并在坝顶部路面和向海斜坡部位使用MultiGNSS实时监测。（6）利用历史验潮站和GNSS数据分析海平面变化；（7）基于InSAR的长时间高精度普查、基于机载三维激光扫描技术的滩涂补充调查，和基于地基合成孔径雷达（GBSAR）、地质雷达、无人机的重点区。