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# D-InSAR 配对增强设计文档
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**版本**: v2.0
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**日期**: 2026-03-08
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**状态**: 概念设计，部分能力已落地
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> 更新说明（2026-04-26）：截至 2026-04-25，pairing cache、pairing health 状态和基础指标统计已经在现网落地。当前运行态事实请优先参考 `CURRENT_STATUS_20260425.md`、`DATABASE_SELF_MAINTENANCE_AUDIT_20260425.md` 和健康检查接口；本文档保留配对语义、策略命名、产品交互和后续演进方向的设计价值。
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## 一、背景与目标
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### 1.1 设计起点（2026-03-08 基线）
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当前配对系统采用**单池全组合**模式：
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- 所有影像放入同一个池子，两两组合，用时间基线范围过滤
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- 无法控制主影像（master）和辅影像（slave）的时间段
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- 无法指定配对策略（星型、链式、SBAS 网络等）
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- 不支持手动选定参考影像
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这种设计适合探索性分析，但不满足生产级 InSAR 处理需求。
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### 1.2 行业标准实践
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参考成熟 InSAR 软件（ISCE、LiCSBAS、MintPy、GAMMA）：
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| 特性 | 行业标准 | 现有系统 |
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|---|---|---|
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| 主/辅影像分池 | 明确的 reference/secondary 选择 | ❌ 无 |
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| 配对策略 | SBAS / Sequential / Star | ❌ 仅全组合 |
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| 时间范围控制 | 主辅池独立时间段 | ❌ 单一 start_date |
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| 参考影像指定 | 支持手动或自动选择 | ❌ 无 |
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| 多卫星支持 | 预留扩展机制 | ⚠️ 硬编码 LT-1 |
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### 1.3 设计目标
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1. **双池配对机制**：主影像池和辅影像池独立时间范围
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2. **多策略支持**：SBAS / Sequential / Star 三种标准策略
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3. **参考影像控制**：自动选择或用户指定
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4. **多卫星扩展性**：预留 Sentinel-1、ALOS-2、TerraSAR-X 等卫星接入
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5. **向后兼容**：现有配对逻辑作为 SBAS 策略保留
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## 二、配对策略详解
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### 2.1 SBAS（短基线子集）
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**定义**：在时空基线阈值内全组合配对，形成冗余网络。
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**适用场景**：
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- 大范围形变监测
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- 需要高时间分辨率和空间覆盖
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- 对大气误差敏感的区域
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**参数**：
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- `time_baseline_min/max`：时间基线范围（天）
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- `spatial_baseline_max_meters`：footprint 中心距上限（米，兼容字段名保留）
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- `overlap_threshold`：两景 footprint 最小重叠率（兼容字段名保留）
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- `coverage_diversity_penalty`：覆盖多样性惩罚因子
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**配对逻辑**：
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```
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主池影像 × 辅池影像 → 满足时空基线约束 → 覆盖优化 → 最终配对
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```
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**示例**：
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```
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主池: 2024-01-01 ~ 2024-06-30 (10 景)
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辅池: 2024-07-01 ~ 2024-12-31 (12 景)
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时间基线: 30~90 天
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→ 生成 45 对（经覆盖优化后约 20 对）
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```
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### 2.2 Sequential（顺序配对）
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**定义**：按时间排序，每景影像与后续 N 景配对。
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**适用场景**：
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- 连续监测（如滑坡、地面沉降）
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- 需要时间连续性的形变序列
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- 计算资源有限时
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**参数**：
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- `num_connections`：每景与后续几景配对（默认 1）
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- 其他时空约束同 SBAS
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**配对逻辑**：
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```
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1. 合并主辅池，按日期排序
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2. 每景与后续 num_connections 景配对
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||
3. 应用时空基线过滤
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```
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||
**示例**：
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```
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影像序列: [A, B, C, D, E, F]
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num_connections = 2
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→ 配对: A-B, A-C, B-C, B-D, C-D, C-E, D-E, D-F, E-F
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```
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### 2.3 Star（星型配对）
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**定义**：选择一个参考影像，所有其他影像与它配对。
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**适用场景**：
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- 时序形变分析（PS-InSAR 前处理）
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- 需要统一参考基准
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- 参考影像质量已知且优秀
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**参数**：
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- `reference_image_id`：指定参考影像 ID（可选）
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- 自动选择策略：选择与其他影像平均重叠率最高的影像
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**配对逻辑**：
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```
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1. 确定参考影像（用户指定 或 自动选择）
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||
2. 参考影像 × 所有其他影像
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3. 应用时空基线过滤
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```
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||
**示例**：
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```
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参考影像: 2024-06-15 (质量最优)
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其他影像: 20 景
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→ 配对: 20 对（全部以 2024-06-15 为主影像）
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```
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## 三、双池配对机制
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### 3.1 时间范围控制
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| 参数 | 说明 | 默认值 |
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|---|---|---|
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| `master_date_from` | 主影像起始日期 (YYYYMMDD) | None（不限） |
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| `master_date_to` | 主影像截止日期 (YYYYMMDD) | None（不限） |
|
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| `slave_date_from` | 辅影像起始日期 (YYYYMMDD) | None（不限） |
|
||
| `slave_date_to` | 辅影像截止日期 (YYYYMMDD) | None（不限） |
|
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### 3.2 池子定义规则
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**主影像池**：
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```sql
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WHERE imaging_date >= master_date_from
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||
AND imaging_date <= master_date_to
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AND (其他约束: 卫星、轨道、模式、极化、精轨...)
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```
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||
**辅影像池**：
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||
```sql
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||
WHERE imaging_date >= slave_date_from
|
||
AND imaging_date <= slave_date_to
|
||
AND (其他约束: 卫星、轨道、模式、极化、精轨...)
|
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```
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### 3.3 向后兼容
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当四个日期参数全为 `None` 时：
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- 主辅池合并为同一个池子
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- 行为等效于现有系统（`m.imaging_date <= s.imaging_date` 避免重复）
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## 四、多卫星扩展设计
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### 4.1 当前硬编码问题
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现有代码中卫星相关硬编码：
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```python
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# spatial_service.py
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if master.satellite != slave.satellite:
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||
continue
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# 前端显示
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satellite: "LT-1"
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```
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### 4.2 扩展方案
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**数据库层**：
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- `radar_data.satellite` 字段已支持任意字符串，无需修改
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- 配对函数增加 `p_allowed_satellites` 参数（数组）
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**后端层**：
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```python
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class PairingRequest(BaseModel):
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# 新增
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allowed_satellites: Optional[List[str]] = None # ["LT-1", "S1A", "S1B"]
|
||
cross_satellite_pairing: bool = False # 是否允许跨卫星配对
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||
```
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||
**前端层**：
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||
- 配对 Modal 增加卫星多选框
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||
- 从数据库动态获取可用卫星列表：`SELECT DISTINCT satellite FROM radar_data`
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||
**配对逻辑**：
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```python
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||
# 同卫星配对（默认）
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||
if not cross_satellite_pairing:
|
||
if master.satellite != slave.satellite:
|
||
continue
|
||
|
||
# 跨卫星配对（高级功能，需谨慎）
|
||
if allowed_satellites:
|
||
if master.satellite not in allowed_satellites:
|
||
continue
|
||
if slave.satellite not in allowed_satellites:
|
||
continue
|
||
```
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### 4.3 卫星特性差异处理
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不同卫星需要不同的配对参数：
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| 卫星 | 典型时间基线 | 典型 footprint 中心距上限 | 波长 | 备注 |
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|---|---|---|---|---|
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| LT-1 | 30~90 天 | < 3000 m | L 波段 | 当前系统 |
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||
| Sentinel-1 | 6~12 天 | < 150 m | C 波段 | 高重访频率 |
|
||
| ALOS-2 | 14 天 | < 500 m | L 波段 | 与 LT-1 类似 |
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||
| TerraSAR-X | 11 天 | < 200 m | X 波段 | 高分辨率 |
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**建议**：
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- 前端提供"卫星预设"按钮，自动填充推荐参数
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- 数据库增加 `satellite_config` 表存储默认配对参数
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## 五、数据库函数设计
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### 5.1 新函数签名
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```sql
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CREATE OR REPLACE FUNCTION find_dinsar_pairs_v2(
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||
-- 时空约束
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||
p_time_baseline_min INTEGER,
|
||
p_time_baseline_max INTEGER,
|
||
p_spatial_baseline_max_meters NUMERIC,
|
||
p_overlap_threshold NUMERIC,
|
||
p_aoi_geom GEOMETRY DEFAULT NULL,
|
||
p_require_orbit_data BOOLEAN DEFAULT TRUE,
|
||
p_require_same_imaging_mode BOOLEAN DEFAULT TRUE,
|
||
p_require_same_polarization BOOLEAN DEFAULT TRUE,
|
||
p_aoi_overlap_threshold NUMERIC DEFAULT NULL,
|
||
|
||
-- 双池日期（新增）
|
||
p_master_date_from TEXT DEFAULT NULL,
|
||
p_master_date_to TEXT DEFAULT NULL,
|
||
p_slave_date_from TEXT DEFAULT NULL,
|
||
p_slave_date_to TEXT DEFAULT NULL,
|
||
|
||
-- 多卫星支持（新增）
|
||
p_allowed_satellites TEXT[] DEFAULT NULL,
|
||
p_cross_satellite_pairing BOOLEAN DEFAULT FALSE
|
||
)
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RETURNS TABLE (
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master_id INTEGER,
|
||
slave_id INTEGER,
|
||
master_imaging_date TEXT,
|
||
slave_imaging_date TEXT,
|
||
time_baseline_days INTEGER,
|
||
spatial_baseline_meters NUMERIC,
|
||
overlap_ratio NUMERIC
|
||
)
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||
```
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### 5.2 核心 SQL 逻辑变化
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```sql
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-- 现有逻辑
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||
WHERE m.id < s.id -- 避免重复
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||
AND m.satellite = s.satellite
|
||
|
||
-- 新逻辑
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WHERE m.id <> s.id
|
||
AND m.imaging_date <= s.imaging_date -- 主影像早于辅影像
|
||
-- 主池日期约束
|
||
AND (p_master_date_from IS NULL OR m.imaging_date >= p_master_date_from)
|
||
AND (p_master_date_to IS NULL OR m.imaging_date <= p_master_date_to)
|
||
-- 辅池日期约束
|
||
AND (p_slave_date_from IS NULL OR s.imaging_date >= p_slave_date_from)
|
||
AND (p_slave_date_to IS NULL OR s.imaging_date <= p_slave_date_to)
|
||
-- 卫星约束
|
||
AND (p_allowed_satellites IS NULL OR m.satellite = ANY(p_allowed_satellites))
|
||
AND (p_allowed_satellites IS NULL OR s.satellite = ANY(p_allowed_satellites))
|
||
AND (p_cross_satellite_pairing OR m.satellite = s.satellite)
|
||
```
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### 5.3 部署策略
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||
1. 创建 `003_pairing_enhancement.sql` 迁移文件
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2. `init_db.py` 自动应用（已有机制，line 354-356）
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||
3. 保留 `find_dinsar_pairs` 旧函数（向后兼容）
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||
4. 后端优先调用 `find_dinsar_pairs_v2`，失败时回退
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---
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## 六、后端 API 设计
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### 6.1 Schema 变更
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```python
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# models/schemas.py
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class PairingRequest(BaseModel):
|
||
"""D-InSAR 配对请求参数（增强版）"""
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||
|
||
# === 时空约束（保留） ===
|
||
time_baseline_min: int = Field(default=1, ge=0, le=3650)
|
||
time_baseline_max: int = Field(default=90, ge=1, le=3650)
|
||
overlap_threshold: float = Field(default=0.5, ge=0.0, le=1.0)
|
||
spatial_baseline_max_meters: int = Field(default=3000, ge=0, le=100000)
|
||
coverage_diversity_penalty: float = Field(default=0.3, ge=0.0, le=1.0)
|
||
require_same_imaging_mode: bool = True
|
||
require_same_polarization: bool = True
|
||
aoi_overlap_threshold: Optional[float] = Field(default=None, ge=0.0, le=1.0)
|
||
|
||
# === 双池日期（新增） ===
|
||
master_date_from: Optional[str] = Field(default=None, pattern=r'^\d{8}$')
|
||
master_date_to: Optional[str] = Field(default=None, pattern=r'^\d{8}$')
|
||
slave_date_from: Optional[str] = Field(default=None, pattern=r'^\d{8}$')
|
||
slave_date_to: Optional[str] = Field(default=None, pattern=r'^\d{8}$')
|
||
|
||
# === 配对策略（新增） ===
|
||
strategy: str = Field(default="sbas", pattern=r'^(sbas|sequential|star)$')
|
||
num_connections: int = Field(default=1, ge=1, le=10)
|
||
reference_image_id: Optional[int] = None
|
||
|
||
# === 多卫星支持（新增） ===
|
||
allowed_satellites: Optional[List[str]] = None
|
||
cross_satellite_pairing: bool = False
|
||
|
||
# === 向后兼容（保留） ===
|
||
start_date: Optional[str] = Field(default=None, pattern=r'^\d{8}$')
|
||
|
||
@field_validator('master_date_to')
|
||
def validate_master_date_range(cls, v, info):
|
||
if v and info.data.get('master_date_from'):
|
||
if v < info.data['master_date_from']:
|
||
raise ValueError('master_date_to must >= master_date_from')
|
||
return v
|
||
|
||
@field_validator('slave_date_to')
|
||
def validate_slave_date_range(cls, v, info):
|
||
if v and info.data.get('slave_date_from'):
|
||
if v < info.data['slave_date_from']:
|
||
raise ValueError('slave_date_to must >= slave_date_from')
|
||
return v
|
||
```
|
||
|
||
### 6.2 服务层变更
|
||
|
||
```python
|
||
# services/spatial_service.py
|
||
|
||
async def find_dinsar_pairs(
|
||
self,
|
||
db: AsyncSession,
|
||
params: PairingRequest,
|
||
aoi_wkt: Optional[str] = None,
|
||
require_orbit_data: bool = True
|
||
) -> Tuple[List[RadarPair], List[str], bool]:
|
||
"""
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||
增强版配对逻辑：
|
||
1. 调用 find_dinsar_pairs_v2 SQL 函数
|
||
2. 根据 strategy 后处理结果
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||
3. 回退路径同步更新
|
||
"""
|
||
|
||
# 1. 调用数据库函数
|
||
pairs = await self._call_db_pairing_function(db, params, aoi_wkt, require_orbit_data)
|
||
|
||
# 2. 策略后处理
|
||
if params.strategy == "sbas":
|
||
# 覆盖优化（现有逻辑）
|
||
pairs = self._optimize_coverage_diversity(pairs, params.coverage_diversity_penalty)
|
||
|
||
elif params.strategy == "sequential":
|
||
# 顺序配对
|
||
pairs = self._apply_sequential_strategy(pairs, params.num_connections)
|
||
|
||
elif params.strategy == "star":
|
||
# 星型配对
|
||
pairs = self._apply_star_strategy(pairs, params.reference_image_id)
|
||
|
||
# 3. 生成 task_name 并去重
|
||
pairs = self._generate_task_names(pairs)
|
||
|
||
return pairs, warnings, fallback_used
|
||
```
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 七、前端 UI 设计
|
||
|
||
### 7.1 配对 Modal 布局
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||
|
||
```
|
||
┌─────────────────────────────────────────────────┐
|
||
│ D-InSAR 配对参数 │
|
||
├─────────────────────────────────────────────────┤
|
||
│ 配对策略: ○ SBAS ○ Sequential ○ Star │
|
||
│ │
|
||
│ [策略说明] │
|
||
│ SBAS: 短基线子集，形成冗余网络，适合大范围监测 │
|
||
│ │
|
||
├─────────────────────────────────────────────────┤
|
||
│ 主影像时间范围 │
|
||
│ 从: [日期选择器 YYYYMMDD] 至: [日期选择器] │
|
||
│ │
|
||
│ 辅影像时间范围 │
|
||
│ 从: [日期选择器 YYYYMMDD] 至: [日期选择器] │
|
||
│ │
|
||
│ ☑ 使用双池模式（不勾选则主辅池合并） │
|
||
├─────────────────────────────────────────────────┤
|
||
│ 时间基线: [1] ~ [90] 天 │
|
||
│ footprint 中心距上限: [3000] 米 │
|
||
│ 两景 footprint 最小重叠率: [0.5] │
|
||
│ 覆盖多样性惩罚: [0.3] │
|
||
│ │
|
||
│ ☑ 成像模式一致 ☑ 极化一致 ☑ 仅精轨影像 │
|
||
├─────────────────────────────────────────────────┤
|
||
│ AOI 来源: ○ 上传 SHP ○ 行政区选择 │
|
||
│ [AOI 选择区域...] │
|
||
│ │
|
||
│ AOI 覆盖率阈值: [0] (0 表示不限制) │
|
||
├─────────────────────────────────────────────────┤
|
||
│ 高级选项 [展开 ▼] │
|
||
│ 卫星选择: ☑ LT-1 ☐ Sentinel-1 ☐ ALOS-2 │
|
||
│ ☐ 允许跨卫星配对（谨慎使用） │
|
||
│ │
|
||
│ Sequential 参数: │
|
||
│ 每景配对数: [1] │
|
||
│ │
|
||
│ Star 参数: │
|
||
│ 参考影像: [自动选择 ▼] 或 手动指定 ID: [___] │
|
||
├─────────────────────────────────────────────────┤
|
||
│ [取消] [开始配对] │
|
||
└─────────────────────────────────────────────────┘
|
||
```
|
||
|
||
### 7.2 策略切换交互
|
||
|
||
- 选择 SBAS：显示"覆盖多样性惩罚"参数
|
||
- 选择 Sequential：显示"每景配对数"参数
|
||
- 选择 Star：显示"参考影像选择"下拉框（从已有影像列表动态加载）
|
||
|
||
### 7.3 卫星选择
|
||
|
||
- 从 `GET /api/radar-data/available-satellites` 动态获取
|
||
- 默认只勾选 LT-1
|
||
- 跨卫星配对显示警告提示
|
||
|
||
---
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||
## 八、实施计划
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||
### Phase 1: 数据库层（1 天）
|
||
|
||
- [ ] 创建 `003_pairing_enhancement.sql`
|
||
- [ ] 实现 `find_dinsar_pairs_v2` 函数
|
||
- [ ] 更新 `init_db.py` 应用迁移
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||
- [ ] 测试 SQL 函数（手动执行验证）
|
||
|
||
### Phase 2: 后端层（2 天）
|
||
|
||
- [ ] 更新 `PairingRequest` Schema
|
||
- [ ] 实现策略后处理逻辑（Sequential / Star）
|
||
- [ ] 更新 `spatial_service.py` 调用新函数
|
||
- [ ] 更新回退路径逻辑
|
||
- [ ] 新增 `GET /api/radar-data/available-satellites` 端点
|
||
- [ ] 单元测试（pytest）
|
||
|
||
### Phase 3: 前端层（2 天）
|
||
|
||
- [ ] 更新 `pairingStore.js` 增加新字段
|
||
- [ ] 重构 `PairingModal.jsx` UI
|
||
- [ ] 实现策略切换交互
|
||
- [ ] 实现卫星多选
|
||
- [ ] 更新 `usePairingLogic.js` 传参
|
||
- [ ] 前端构建测试
|
||
|
||
### Phase 4: 集成测试（1 天）
|
||
|
||
- [ ] 端到端测试（SBAS / Sequential / Star）
|
||
- [ ] 双池配对测试
|
||
- [ ] 多卫星配对测试
|
||
- [ ] 向后兼容测试（旧参数仍可用）
|
||
- [ ] 性能测试（大数据量）
|
||
|
||
### Phase 5: 文档与部署（0.5 天）
|
||
|
||
- [ ] 更新 `CLAUDE.md` 记录改动
|
||
- [ ] 更新用户手册（如有）
|
||
- [ ] 部署到测试环境
|
||
- [ ] 用户验收测试
|
||
|
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**总计**: 约 6.5 天
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## 九、风险与缓解
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| 风险 | 影响 | 缓解措施 |
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| SQL 函数性能下降 | 配对速度变慢 | 保留旧函数，性能对比测试 |
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| 前端 UI 复杂度增加 | 用户学习成本 | 提供"快速模式"和"高级模式"切换 |
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| 多卫星配对参数不当 | 生成无效配对 | 前端参数校验 + 后端警告提示 |
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| 向后兼容性破坏 | 旧配对失效 | 保留 `start_date` 参数，自动转换 |
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## 十、未来扩展
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1. **基线网络可视化**：时间-中心距散点图（D3.js / ECharts）
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2. **配对质量评分**：根据相干性、大气条件预估配对质量
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3. **自动参数推荐**：基于历史配对结果的机器学习推荐
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4. **批量配对模板**：保存常用配对参数为模板
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5. **Sentinel-1 轨道框架**：支持 Sentinel-1 的 Track/Frame 概念
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## 附录 A：术语对照表
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| 中文 | 英文 | 说明 |
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| 主影像 | Master / Reference | 配对中的参考影像 |
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| 辅影像 | Slave / Secondary | 配对中的从属影像 |
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| 时间基线 | Temporal Baseline | 两景影像的时间间隔 |
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| footprint 中心距 | Footprint Center Distance | 两景影像 footprint 的中心距离 |
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| 短基线子集 | SBAS (Small Baseline Subset) | 配对策略之一 |
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| 星型配对 | Star Graph | 单主影像配对策略 |
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| 顺序配对 | Sequential Pairing | 时间顺序配对策略 |
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**文档结束**
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