本发明属于insar(interferometry synthetic aperture radar ,干涉合成孔径雷达)数据应用处理与建筑物安全监测，尤其涉及一种融合insar数据和物理知识的高层建筑三向位移监测方法及系统。
背景技术：
1、随着城市化和经济发展的推进，高层建筑物的兴建越来越普遍。高层建筑作为现代城市的标志性建筑，不仅代表着城市的发展水平，还承载着大量的人员和设施。然而，由于高层建筑的特殊结构和复杂环境，其结构安全性和稳定性面临着许多潜在的挑战。
2、高层建筑处于不断受力和变形的状态，其结构可能受到自然灾害、地质条件、施工质量、环境变化等因素的影响，从而导致三维变形。这些变形可能会逐渐积累，引发结构安全隐患，甚至可能导致建筑物的倒塌和人员伤亡。因此，对高层建筑进行三维变形监测具有重要的意义。
3、目前变形监测的常规方法主要采用全站仪、精密水准仪、激光铅直仪等设备，鉴于超高层建筑的特殊性，这些常规监测方法都存在不同方面的弊端，主要表现在:全站仪外控法测量时，瞄准目标困难，仰角过大，激光发散角变大，受大气流及大气折光影响，测角、测距精度降低，不能满足要求;激光铅直仪进行控制点的竖向传递时需要分段，造成误差积累，达不到需要的精度;必须保证相邻点间的通视才能进行测量，且不能多点同步观测;监测时需要大量人力和设备，劳动强度大，效率低，经济效益差等，因此需要一种更科学、高效和全面的高新技术监测手段，为城市建筑灾害防治提供必要信息。通过实时、全面地了解高层建筑的三维变形情况，可以及时发现结构异常和潜在安全隐患，采取有效的维护和修复措施，确保高层建筑的结构安全性和使用寿命。
4、合成孔径雷达干涉测量技术凭借其获取地表形变信息的突出能力在地表形变监测领域已被广泛应用。但通过 insar 获取的形变数据存在视线向雷达对地表在南北方向上的形变感知（line of sight，los）模糊的问题，无法直接展现地表的三维形变信息。
技术实现思路
1、发明目的：针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种融合insar数据和物理知识的建筑三向位移监测方法及系统，利用insar数据解算二维形变场，结合基于物理知识建立的建筑结构变形先验模型，进而解算得到三维形变，在建筑的日常监测运维过程中，无需直接接触建筑物，避免了传统监测方法对建筑结构的影响和破坏，保障了建筑物的安全性。
2、技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
3、一种融合insar数据和物理知识的建筑三向位移监测方法，包括以下步骤：
4、步骤1，基于sar卫星的周期观测数据，获取待监测建筑所在研究区每个轨道的时序los向形变位移；
5、步骤2，分别对升降轨道的los向形变数据集进行时间维插值，计算多个轨道时间统一的los向时序形变；
6、步骤3，根据插值后的多轨los向形变建立观测方程，解算垂直向和东西向形变；
7、步骤4，根据建筑结构平面图，计算建筑结构各标准层纵横轴的刚度；
8、步骤5，利用底部剪力法的物理知识根据建筑结构平面图建立建筑结构的先验模型，计算纵横轴向变形比；
9、步骤6，结合垂直向及东西向形变结果与建筑结构变形先验模型，解算建筑结构南北向形变位移。
10、作为优选，步骤1中，通过周期观测获得多张包含待监测建筑区域的sar图像数据；使用差分干涉测量短基线集时序分析sbas-insar方法进行时序处理，获取待监测建筑所在研究区每个轨道的时序los向形变位移。
11、作为优选，步骤3中，观测方程为：；
12、其中 d los1、 d los2分别为升轨和降轨的雷达视线向形变， d u、 d e分别为垂直向、东西向形变，、分别为升轨和降轨的雷达波入射角，、分别为升轨和降轨的卫星方位角。
13、作为优选，步骤4中，结构楼层的整体抗侧刚度 k包括剪力墙的抗剪刚度以及柱构件的抗弯刚度，其中 g表示构件所使用的材料的剪切模量， e表示构件所使用的材料的弹性模量， a w为剪力墙计算方向有效截面积， h为结构层高， i c为柱水平截面惯性矩。
14、作为优选，步骤5中，将建筑结构每一层都看作一个独立的质点，按底部剪力法，第 i层质点受到的水平地震作用，其中 h i、 h k为质点的计算高度， g i、 g k为质点重力荷载值， f ek为结构总水平地震作用标准值， n为结构总楼层数，为顶部附加地震作用系数；
15、每层的水平变形定义为水平剪力与该层刚度的比值，建筑顶部的形变为每层形变的和，建筑顶部的横轴形变，纵轴形变，其中 k ix和 k iy分别表示第 i层横轴和纵轴的刚度。
16、作为优选，步骤5中，假定各楼层质量相等，每层楼的重力荷载被视为常数，建筑顶部的横轴和纵轴的形变比为。
17、作为优选，步骤6中，建筑在沉降向及纵横轴向的三维形变关系如下：；
18、其中为建筑横轴与正东方向的夹角，分别为建筑的横轴，纵轴以及沉降形变， d u、 d n、 d e分别为东北天enu坐标系下的垂直向、南北向、东西向形变。
19、作为优选，步骤7，对获得的建筑的原始三维形变进行emd处理，剔除建筑物受温度影响引起的周期性形变，获得更为可靠的趋势向三维变形数据。
20、用于实现所述方法的一种融合insar数据和物理知识的建筑三向位移监测系统，包括：
21、los向形变计算模块，用于基于sar卫星的周期观测数据，获取待监测建筑所在研究区每个轨道的时序los向形变位移；
22、插值模块，用于分别对升降轨道的los向形变数据集进行时间维插值，计算多个轨道时间统一的los向时序形变；
23、垂直向和东西向形变解算模块，用于根据插值后的多轨los向形变建立观测方程，解算垂直向和东西向形变；
24、刚度计算模块，用于根据建筑结构平面图，计算建筑结构各标准层纵横轴的刚度；
25、横轴向变形比计算模块，用于利用底部剪力法的物理知识根据建筑结构平面图建立建筑结构的先验模型，计算纵横轴向变形比；
26、以及，南北向形变解算模块，用于结合垂直向及东西向形变结果与建筑结构变形先验模型，解算建筑结构南北向形变位移。
27、一种计算机系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被加载至处理器时实现所述的一种融合insar数据和物理知识的建筑三向位移监测方法的步骤。
28、有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：本发明为提高insar形变监测技术的有效性和对超高层建筑的监测技术提供了一种融合insar数据和物理知识的建筑三向位移监测方法，本发明结合建筑的结构特性，构建建筑三维形变空间坐标系，建立los方向形变与建筑三维形变的关系模型， 利用卫星升轨和降轨数据，获取研究区建筑三维形变场，无需直接接触建筑物，避免了传统监测方法对建筑结构的影响和破坏，保障了建筑物的安全性。本发明方法的研究与开发对于保障公共安全、提高建筑结构的可靠性和耐久性具有重要的意义，并且对于城市的可持续发展和建筑工程的健康运行具有积极的促进作用。
1.一种融合insar数据和物理知识的建筑三向位移监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种融合insar数据和物理知识的建筑三向位移监测方法，其特征在于：步骤1中，通过周期观测获得多张包含待监测建筑区域的sar图像数据；使用差分干涉测量短基线集时序分析sbas-insar方法进行时序处理，获取待监测建筑所在研究区每个轨道的时序los向形变位移。
3.根据权利要求1所述的一种融合insar数据和物理知识的建筑三向位移监测方法，其特征在于：步骤3中，观测方程为：；
4.根据权利要求1所述的一种融合insar数据和物理知识的建筑三向位移监测方法，其特征在于：步骤4中，结构楼层的整体抗侧刚度k包括剪力墙的抗剪刚度以及柱构件的抗弯刚度，其中g表示构件所使用的材料的剪切模量，e表示构件所使用的材料的弹性模量，aw为剪力墙计算方向有效截面积，h为结构层高，ic为柱水平截面惯性矩。
5.根据权利要求1所述的一种融合insar数据和物理知识的建筑三向位移监测方法，其特征在于：步骤5中，将建筑结构每一层都看作一个独立的质点，按底部剪力法，第i层质点受到的水平地震作用，其中hi、hk为质点的计算高度，gi、gk为质点重力荷载值，fek为结构总水平地震作用标准值，n为结构总楼层数，为顶部附加地震作用系数；
6.根据权利要求5所述的一种融合insar数据和物理知识的建筑三向位移监测方法，其特征在于：步骤5中，假定各楼层质量相等，每层楼的重力荷载被视为常数，建筑顶部的横轴和纵轴的形变比为。
7.根据权利要求1所述的一种融合insar数据和物理知识的建筑三向位移监测方法，其特征在于：步骤6中，建筑在沉降向及纵横轴向的三维形变关系如下：；
8.根据权利要求1所述的一种融合insar数据和物理知识的建筑三向位移监测方法，其特征在于：还包括，步骤7，对获得的建筑的原始三维形变进行emd处理，剔除建筑物受温度影响引起的周期性形变，获得更为可靠的趋势向三维变形数据。
9.用于实现根据权利要求1-8任一项所述的一种融合insar数据和物理知识的建筑三向位移监测方法的系统，其特征在于，包括：
10.一种计算机系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被加载至处理器时实现根据权利要求1-8任一项所述的一种融合insar数据和物理知识的建筑三向位移监测方法的步骤。
