一种CO2注入场地地表形变监测方法及装置与流程

本技术涉及碳捕集利用与封存（ccus）监测，具体而言，涉及一种co2注入场地地表形变监测方法及装置。

背景技术：

1、目前，对co2封存场地地表形变的监测主要依赖单一遥感或地面测量手段。其中，星载合成孔径雷达干涉测量（insar）能够获取大面积、高空间分辨率的相对形变场，通过不同时间相位的雷达图像差分处理，可识别出注入井周边厘米级以下的抬升或沉降区域。全球导航卫星系统（gnss）则采用连续运行的固定接收站，以毫秒级采样率获取单点的高时间分辨率三维绝对位移序列，常用于标定insar结果的绝对基准并捕捉瞬态形变事件。

2、然而，在co2地埋管注入过程中，由于单一insar技术存在时间分辨率低、重访周期内羽流运移事件遗漏以及大气噪声干扰毫米级隆起信号的问题，同时单一gnss技术存在空间布设稀疏、无法重建羽流运移形成的非均匀隆起场形态的问题，导致现有监测方法无法获得同时具有高时间分辨率与高空间分辨率的地表形变场。

技术实现思路

1、本技术实施例的目的在于提供一种co2注入场地地表形变监测方法及装置，用以通过将gnss与insar数据映射至统一时空网格并进行多尺度分解与分频融合，能够同时利用gnss的高时间分辨率和insar的高空间分辨率，获得高精度、高连续性的融合形变场及地表坡度分布，从而显著提升co2注入场地盖层形变监测的时空分辨能力和风险评估的可靠性。

2、第一方面，提供了一种co2注入场地地表形变监测方法，该方法可以包括：

3、获取目标场地在预设时段内各gnss测站监测的形变时间序列和多个insar形变干涉图，将二者的数据映射至统一时空网格，得到各时空网格点的gnss形变值和insar形变值；

4、针对各空间网格点的gnss形变值对应的形变时间序列进行时间维分解以得到时间分量高频与低频时间分量；针对各时间点的insar形变值对应的空间场进行空间维分解以得到高频空间分量与低频空间分量；

5、基于高频时间分量与高频空间分量，获取时空高频融合场；基于低频时间分量与低频空间分量，获取时空低频融合场；

6、基于各时空网格点的时空高频融合场与时空低频融合场，确定各时空网格点的融合形变值，以获取各时间点的地表连续坡度分布。

7、在一个可能的实现中，高频时间分量与低频时间分量的获取，包括：

8、针对各空间网格点，将其在所有时间点上的gnss形变值按时间顺序排列，构成一维的形变时间序列；

9、采用多分辨率分析算法，对该形变时间序列进行分解，根据预设的分解层数逐层分离出近似系数和细节系数；将最后一层近似系数对应的分量作为低频时间分量，将所有层细节系数叠加后的分量作为高频时间分量。

10、在一个可能的实现中，高频空间分量与低频空间分量的获取，包括：

11、针对各时间点，将该时间点上所有空间网格点的insar形变值按空间网格点的行的顺序排列，构成空间场，所述空间场为二维离散信号矩阵；

12、对该二维离散信号矩阵进行二维离散小波变换，逐层分解得到低频子带系数和三个方向的高频子带系数；

13、将最终层的低频子带系数重构得到的空间场作为低频空间分量，将所有高频子带系数重构后叠加的空间场作为高频空间分量。

14、在一个可能的实现中，获取时空高频融合场，包括：

15、针对各时空网格点，提取该时空网格点的高频时间分量值和高频空间分量值；分别计算以该时空网格点为中心的邻域窗口内，高频时间分量的局部方差和高频空间分量的局部方差；根据上述两个局部方差，计算该时空网格点的融合权重；

16、将该时空网格点的高频时间分量值与高频空间分量值按所述融合权重进行加权求和，得到该时空网格点的时空高频融合值；所有时空网格点的时空高频融合值构成所述时空高频融合场。

17、在一个可能的实现中，获取时空低频融合场，包括：

18、针对各时空网格点，提取该时空网格点的低频时间分量值和低频空间分量值；采用协方差交叉融合方法，分别计算低频时间分量与低频空间分量在该时空网格点的局部估计协方差矩阵；

19、根据所述局部估计协方差矩阵，通过求解使融合后的估计误差方差最小化的线性方程组，得到该时空网格点的最优融合系数；

20、将该时空网格点的低频时间分量值与低频空间分量值按所述最优融合系数进行线性组合，得到该时空网格点的时空低频融合值；所有时空网格点的时空低频融合值构成所述时空低频融合场。

21、在一个可能的实现中，确定各时空网格点的融合形变值，包括：

22、针对各空间网格点，将该空间网格点在所有时间点上的时空低频融合值按时间顺序排列，作为该空间网格点的近似系数序列；将该空间网格点在同一时间序列上的时空高频融合值作为该空间网格点的细节系数序列；

23、对该近似系数序列与细节系数序列执行一维离散小波逆变换，重构出该空间网格点在各时间点上的完整形变值；遍历所有空间网格点，以得到每个时空网格点的融合形变值。

24、在一个可能的实现中，获取各时间点上的地表连续坡度分布，包括：

25、对于各时间点，从融合形变场中提取该时间点的二维空间形变矩阵；

26、基于该二维空间形变矩阵，计算各空间网格点在第一方向和第二方向的形变梯度；

27、基于两个方向的形变梯度，计算各空间网格点的合成坡度值，该合成坡度值代表地表在该空间网格点的倾斜程度；

28、对所有空间网格点的合成坡度值进行空间平滑处理后，将平滑处理后的合成坡度值超过预设安全坡度的空间网格点进行连通域聚类，将连通域面积超过预设风险面积阈值的区域标记为盖层隆起风险区，并输出风险区的边界坐标和平均坡度值。

29、第二方面，提供了一种co2注入场地地表形变监测装置，该装置可以包括：

30、获取单元，用于获取目标场地在预设时段内各gnss测站监测的形变时间序列和多个insar形变干涉图，将二者的数据映射至统一时空网格，得到各时空网格点的gnss形变值和insar形变值；

31、分解单元，用于针对各空间网格点的gnss形变值对应的形变时间序列进行时间维分解以得到时间分量高频与低频时间分量；针对各时间点的insar形变值对应的空间场进行空间维分解以得到高频空间分量与低频空间分量；

32、获取单元，还用于基于高频时间分量与高频空间分量，获取时空高频融合场；基于低频时间分量与低频空间分量，获取时空低频融合场；

33、确定单元，用于基于各时空网格点的时空高频融合场与时空低频融合场，确定各时空网格点的融合形变值，以获取各时间点的地表连续坡度分布。

34、第三方面，提供了一种电子设备，该电子设备包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；

35、存储器，用于存放计算机程序；

36、处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述第一方面中任一所述的方法步骤。

37、第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面中任一所述的方法步骤。

38、本技术实施例提供的一种co2注入场地地表形变监测方法及装置，该方法获取目标场地在预设时段内各gnss测站监测的形变时间序列和多个insar形变干涉图，将二者的数据映射至统一时空网格，得到各时空网格点的gnss形变值和insar形变值；针对各空间网格点的gnss形变值对应的形变时间序列进行时间维分解以得到时间分量高频与低频时间分量；针对各时间点的insar形变值对应的空间场进行空间维分解以得到高频空间分量与低频空间分量；基于高频时间分量与高频空间分量，获取时空高频融合场；基于低频时间分量与低频空间分量，获取时空低频融合场；基于各时空网格点的时空高频融合场与时空低频融合场，确定各时空网格点的融合形变值，以获取各时间点的地表连续坡度分布。该方法通过将gnss与insar数据映射至统一时空网格并进行多尺度分解与分频融合，能够同时利用gnss的高时间分辨率和insar的高空间分辨率，获得高精度、高连续性的融合形变场及地表坡度分布，从而显著提升co2注入场地盖层形变监测的时空分辨能力和风险评估的可靠性。