采用时序InSAR技术监测北京地铁网络沿线地面沉降

随着北京轨道交通的日益完善,地铁成为人们日常出行的重要交通工具,监测和治理地铁工程沿线地面沉降成为保障线性工程正常运营的一项重要基础性工作。本文基于55景覆盖北京地区的3 m高分辨率TerraSAR-X数据,采用时序InSAR分析技术获取2010年4月至2016年12月地铁网络沿线的地面沉降形变信息,系统分析了北京地铁网络沿线地面沉降时空演变规律。同时,结合Peck公式将InSAR监测结果进行建模,以7号线磁器口-广渠门内站区段为例,估算地面沉降槽的空间发展特征。研究发现：北京市地铁线路沿线表现出不同程度的形变,形变严重的路段主要集中在东部及东北部区域,最大沉降速率超过了100 mm/a;相对于其他线路,4号、10线整体情况比较稳定,14号、亦庄线次之,6号、7号线不均匀沉降最为严重;此外,地铁在不同建设时期路段表现出不同的形变特征,施工期路段较运营期沉降严重;7号线磁器口与广渠门内站间沉降槽的宽度和最大值沉降值在2010-2016年呈现增加趋势,沉降槽最大宽度约达180 m。     

基于Sentinel-1雷达影像的成都市地面沉降InSAR监测分析

利用2017-03~2018-03共30景Sentinel-1A SAR数据,分别采用PSI和SBAS技术获取成都市主城区地面形变分布信息,结合地面水准资料对InSAR结果进行精度评估,并初步分析地面沉降的原因。结果表明,成都市大部分区域稳定,平均形变速率主要集中在-5~5 mm/a;地面沉降主要位于一环线以外地区,地铁5、6号线主要站点及周边不均匀沉降明显,最大沉降速率达到20 mm/a;在成华区和锦江区等部分新建城区有不同程度的地面沉降,速率为5~15 mm/a,PSI和SBAS结果相关性较高。     

北京地面沉降时空分布特征研究

20世纪60年代以来,北京市地面沉降不断发展,目前已经形成了东郊八里庄-大郊亭、东北郊-来广营、昌平沙河-八仙庄、大兴榆垡-礼贤和顺义平各庄5个沉降区。本文选取目前地面沉降较为严重的北京市朝阳区、顺义区和通州区作为研究区,利用2003-2010年的47景ASAR影像数据,采用SBAS-InSAR技术获取了研究区的地面沉降监测结果,并分别以SFP点年均沉降速率和各年沉降量作为权重,计算SFP点空间分布中心与方向特征椭圆,定量分析了研究区地面沉降时空特征。结果表明：2004-2010年,北京市地面沉降表现为严重的不均匀沉降,年沉降量最大值由104.04 mm增加到178.83 mm;标准差椭圆长轴与南北方向平行,反映出地面沉降空间发展方向性在南北方向较东西方向明显,椭圆面积由592.25 km²减小到 503.84 km²,表明2004-2010年研究区内发生地面沉降的区域范围变化呈减小趋势,但从沉降量可以发现,北京地面沉降一直处于加重趋势。     

采用升降轨Sentinel-1数据监测北京城市副中心地面沉降

通州区作为北京城市副中心,地面沉降对其城市建设和发展会产生潜在的影响.采用2019年1月至2020年2月升、降轨Sentinel-1数据,基于SBAS-InSAR技术提取通州区高精度地表形变信息,运用GIS空间分析方法,结合地下水和土地利用类型数据,综合分析通州区地面不均匀沉降的原因.结果表明:升、降轨SAR数据获取的通州区地面沉降数据具有较好的一致性,存在不均匀地面沉降特征,北部、西北部地区沉降速率偏高,有明显的沉降漏斗;通州区地面沉降具有季节性变化特征,四季中夏季累计沉降量最大;地下水漏斗区与地面沉降区的位置基本一致,水位埋深变化与沉降量变化具有相似的趋势;建设用地规模不断地扩大,对地面沉降产生重要的影响.     

京沪高速公路北京—天津段地面沉降时序InSAR监测与影响因素

地面沉降作为平原区主要的地质灾害之一,对高速公路安全运行产生了潜在的影响。为了探究京沪高速公路北京—天津段的地面沉降情况,选取2017年1月至2020年3月70景Sentinel-1B卫星影像,利用SBAS-InSAR技术对该路段沿线地面沉降展开监测,并采用外部水准观测方法对InSAR监测结果进行精度评定;在此基础上,结合3类9个影响因子数据对沿线地面沉降进行空间模拟,通过对比普通最小二乘(OLS)模型、地理加权回归(GWR)模型和多尺度地理加权回归(MGWR)模型的模拟效果,最后选取相对最优模型对各种影响因子进行量化研究。结果表明：京沪高速公路北京—天津段表现出不均匀沉降特征,最大年均沉降速率超过-90 mm·年^-1;研究区主要分布有6个明显的沉降中心,京沪高速公路北京—天津段经过其中3个;采用模拟效果相对最优的多尺度地理加权回归模型进行定量分析可知,第四系沉积厚度和地下水位变化对沉降的影响较大,而地形环境因子的影响较小。     

基于SBAS InSAR方法的苏州地区2007-2010年地表形变时空变化研究

苏州地区位于中国苏锡常地面沉降带,地面沉降严重影响了该地区的经济社会发展,因此对其进行地面沉降监测具有重要的意义。本文基于SBAS InSAR方法,利用27景ERS-2 SAR数据,反演了苏州地区2007-2010年地表年平均沉降速率分布图和时序沉降变化图,分析了该时间段地表沉降的时空演化特征。结果表明,在整个研究观测期,苏州地区整体呈现出“老区沉降趋缓,新区沉降较快”的特点。老城区（姑苏区及邻近的吴中区）地面沉降趋于缓和,年平均沉降速率在10 mm/a以下,无明显的沉降中心;而相对新发展的区域（相城区、工业园区和吴江区）则表现出明显的沉降特征,沉降速率普遍大于10 mm/a。其中,相城区年平均沉降速率大约为10~20 mm/a,局部地区沉降严重,速率可达或超过20 mm/a;工业园区年平均沉降速率约20 mm/a,最大累计沉降量在50 mm左右。吴江区地面沉降最为严重,表现出面积广、速率大的特点,其年平均沉降速率在 20 mm/a左右,最大累计沉降量可达60 mm以上。     

基于时序InSAR的京津高铁北京段地面沉降监测

京津高铁是中国第一条高速运行的城际铁路,其安全运行对轨道的平顺性有着严格的要求。地面沉降,尤其是不均匀地面沉降会引起部分路基和桥梁变形,威胁着高速铁路的运营安全。合成孔径雷达干涉测量技术可以大范围监测地表形变,对高速铁路沿线地面沉降具有较好的监测能力。本文以45景高分辨率TerraSAR-X 数据为基础,采用 PS-InSAR技术监测京津高铁北京段沿线地面沉降,获取京津高铁北京段沿线地面沉降的分布信息,从动静载荷视角结合北京地区地下水、断裂带、地质条件和含水层系统介质等数据,综合分析高铁沿线不均匀地面沉降的原因,为京津高铁的安全运营提供技术支撑。研究结果表明：京津高铁北京段沿线地面沉降发展在空间上存在一定差异性,北京南站至十里河区间,年沉降速率小于10 mm/a; 至十八里店区间,年沉降速率在10~40 mm/a范围内浮动;过亦庄站至东石村以东区间,最大年沉降速率达到90 mm/a;至永隆村以西,年沉降有所缓解,往东至坨堤村,沉降较为稳定,年沉降速率小于10 mm/a。地下水超采是沿线区域地面沉降的主要因素,动静载荷共同作用下对地面沉降产生一定的影响,沿线地面沉降一定程度上受到南苑—通县断裂带和旧宫断裂带构造控制,沉降量较大的路段位于粘土层较厚的大兴迭隆起。     

利用SBAS-InSAR技术监测菏泽市地面沉降

采用SBAS-InSAR技术对菏泽市65景Sentinel-1A SAR数据进行处理,获取菏泽市2017-05-20~2021-05-23的沉降结果,并结合地下煤矿工作面的开采对各成像时期的地面沉降情况进行精细化分析,最后利用实际水准数据对SBAS-InSAR监测结果进行精度验证。结果表明,研究时段内,菏泽市地面沉降不断加速,郓城地区沉降较为严重,最大年平均沉降速率达-311 mm/a,最大累积沉降量达-1 269 mm。SBAS-InSAR监测到的沉降位置和沉降变化趋势与水准测量结果相符,但在沉降严重区域,SBAS-InSAR监测到的沉降量与实际水准测量结果有一定差异。     

基于时序InSAR的上海地区2018~2020地铁沿线沉降监测分析

基于覆盖上海地区2018~2020年的35景Sentinel-1A影像数据,采用PSInSAR方法获取该地区3条地铁线路的年平均沉降速率和累积沉降量,并分析沉降原因。结果表明：1）上海地区呈现不均匀沉降,沉降主要发生在上海市主城区南部的闵行区许泾村附近,最大累积沉降量达-47.3 mm;2）上海市闵行区出现明显的沉降漏斗现象,并与该地区城市基础设施建设及地下水水位变化呈正相关;3）上海市地铁5、8、16号线路均有部分路段存在明显沉降现象,地铁5号线途经闵行区周围时沉降最明显,最大沉降速率达-12.0 mm/a。最后给出上海地区以及主要地铁沿线地表沉降的时空特征和地表沉降与其影响因子之间的相互关系。     

基于PS-InSAR和GIS的北京平原区建筑荷载对地面沉降的影响

北京平原区地面沉降问题日益突出,成因复杂,既包括人为地下水开采和城市建筑荷载作用,又包括自然土体固结和活动构造影响。地下水开采和建筑荷载是重要的驱动因素。如何提取区域尺度建筑载荷,评价其对地面沉降影响,是地面沉降灾害防治工作需要开展的重要环节。本文以简化后的容积率表征建筑载荷,首先利用PS-InSAR技术获取研究区地面沉降信息,然后使用GIS空间分析的方法提取出同等地下水开采影响下的不均匀沉降分布,其次采用阴影长度法提取了研究区建筑体高度,最终结合空间分析和回归分析方法研究建筑容积率与地面沉降之间的关系。主要研究结论：① 北京地区地面沉降比较严重,沉降速率大于30 mm/a的区域占比21.08%;② 地下水开采同等影响下的不均匀沉降区呈H形分布于平原区中部和北部;③ 阴影长度法能够较准确的评估出建筑容积率,可用于区域尺度静载荷的提取与分析;④ 在地质条件相似、水位变化相同的局部区域内,地面沉降速率与建筑容积率具有一定相关性,但相关系数较低。     

邻轨PS-InSAR地面沉降结果拼接处理方法与实验

目前,我国许多经济发达地区都面临着地面沉降灾害的困扰,沉降范围扩大,程度日益加剧,逐渐成为城市发展中亟待解决的问题。永久散射体合成孔径雷达干涉测量(Persistent Scatterer Interferometric Synthetic Aperture Radar,PS-InSAR)作为地表形变测量的主要手段之一,在地面沉降监测中发挥着重要作用。而单轨星载SAR影像成像幅宽有限,在开展大范围地面沉降调查时需要将多轨道PS-InSAR沉降速率图进行拼接。本文重点讨论了入射角效应和参考点差异对PS-InSAR沉降结果的影响,分析了相邻轨道PS-InSAR沉降速率拼接中存在的PS点位置差异和沉降量偏移,鉴此,提出了采用区块法和插值法对异轨重叠区的形变结果求差的思路,以及基于现有软件PS-InSAR地面沉降速率的跨轨拼接处理流程,利用广东珠三角地区ENVISAT ASAR数据进行了实验分析。结果表明,相邻轨道入射角不同会造成沉降量的差异,在多轨道情况下对沉降量影响增大,因此,在拼接过程中需要进行入射角纠正。本文提出的区块法和插值法能有效地求解异轨重叠区的形变差,结果表明区块法优于插值法;相邻轨道参考点差异会造成沉降量偏移,通过区块法或插值法求差可以消除该偏移量。本文提出的拼接流程可将多轨道PS-InSAR地面沉降速率统一到同一基准下,从而获得大范围一致的地面沉降速率。     

北京典型区地面沉降演化特征与成因分析

北京从20世纪50、60年代发现地面沉降以来,其一直呈快速发展的态势。在过去的几十年里,北京市地面沉降的范围和速度逐年增加。本文以北京市典型地面沉降区为研究区,选择永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术所获取的2004-2010年间北京地面沉降信息作为主要数据源,补充水准测量数据（1955-2010年）,从空间分布和时序变化2个角度,分析北京市平原典型区地面沉降演化特征。结合地下水动态监测网数据、土地利用数据,采用GIS空间分析,研究各因素和地面沉降之间的时空响应关系。结果表明,北京地区地面沉降严重区域面积不断扩大,且局部不均匀程度逐渐增加。在研究期内,地下水水位变化在时间和空间上与地面沉降有较高的一致性,地下水超量开采是影响北京地区地面沉降的最主要因素,而城市发展过程中的工程活动也是影响地面沉降时空分布特征的因素之一。研究结果可为北京市地面沉降防控提供一定的科学依据。     

基于分层标监测的德州城区地面沉降分层沉降特征浅析

自20世纪80年代开始,由于地层结构松散、固结程度低,地下水超采等原因,鲁西北平原区地面沉降持续发展。年沉降速率最快的区域位于东营南部的广饶县、滨州南部的博兴县和聊城东部的茌平区附近。德州地面沉降漏斗与周边沧州、衡水沉降区连成一片,成为鲁西北平原区最为典型的地面沉降发育区。其中德州城区国棉厂监测点1991—2017年累计沉降量已超过1400 mm。该文简要介绍了德州分层标组施工工艺、监测方法,综合利用水准测量及分层标监测数据,开展了分层沉降特征研究,查明分层标组所在区域0~60 m,60~300 m,300~500 m及500 m以深地层因压缩变形引起的地面沉降速率分别为1.67 mm/a,20 mm/a,18.33 mm/a,8.00 mm/a。对引起地面沉降的主要因素进行了简要分析,对德州城区地面沉降监测工作提出了建议。     

南水北调中线区域地面沉降SBAS-InSAR监测研究

基于1 009景Sentinel-1A影像,利用SBAS-InSAR技术对南水北调中线区域地面沉降进行长时间序列监测。结果显示,整个中线沿线地面沉降主要分布于河北省东南部,最大形变速率为-139 mm/a,由于与渠道间有一定距离,因此对输水影响较小。北京市的最大形变速率为-133 mm/a,天津市西南部最大形变速率为-81 mm/a,但天津支线经过了2个沉降区,应当引起相关部门的重视。本文重点分析了南水进京后北京市地面沉降的时序形变特征,结合相关资料分析得知,南水北调工程有效补充了北京地区地下水储量,显著遏制了北京市地面沉降的发展态势。     

北京平原地面沉降数值模拟情景分析

地下水严重超采给北京带来了一系列诸如地面沉降等生态环境问题。为研究北京平原地面沉降的发展趋势，在地下水模型基础上设计了５个情景，对北京平原区域及沉降中心的沉降速率进行了模拟。结果表明:（１）在保持现状和考虑地下水回灌的情景下，中远期的区域及沉降中心的沉降速率均无法达标；（２）对沉降中心进行不同程度减采的情景下，中远期的区域沉降速率均达标，除昌平八仙庄外的沉降中心的沉降速率在中远期均达
标；（３）通过以上分析，设计出合理的情景:５区（八仙庄）、６区（天竺）和７区（王四营）的工业和城市生活用水每年分别减采０．５１亿 ｍ３（１００％减采）、０．１２亿 ｍ３（２０％减采）和１．７６亿 ｍ３（５０％减采），共减采２．３９亿 ｍ３，总开采量１９．２８亿 ｍ３，该情景可以使得北京平原的区域及沉降中心的沉降速率均达标，是北京平原未来应采取的地下水开采情景。      

水准测量网监测在德州市地面沉降中的应用

山东地面沉降灾害以鲁北平原最为严重,在德州地区的地面沉降已对当地人民的正常生产和生活构成了威胁,并制约了当地经济的可持续发展。通过建立水准测量网络及监测运行,查明了德州市地面沉降的规模和范围,研究成果表明工作区均存在地面沉降现象,截至2010年,德城区由于地下水开采强度大,地面沉降幅度最大,目前地面累计沉降量为-1186.9～-636.9mm,多年平均沉降速率为59.35mm/a,形成了以市区西北部为中心的地面沉降盆地。超量开采深层地下水是造成大规模地面沉降的重要因素。     

滨州市地面沉降成因浅析

截至2016年4月,滨州市地面沉降量超过20mm的面积达到了2 881km2,约占全市面积的30%,地面沉降灾害日益严重。为查明滨州市地面沉降现状和沉降成因,采用二等水准测量、地下水位监测、钻探取样、测试分析、地下水开采量调查等方法,对比2005年5月、2008年8月、2012年9月、2014年10月、2015年5月、2016年4月等多期二等水准测量数据和水位数据,从点、线、面3个方面进行了累计沉降量和沉降速率的分析,并从山前冲积、洪积平原水文地质单元区和黄河冲积平原水文地质单元区的水文地质特征、地层结构及其力学性质方面进行了滨州市地面沉降成因分析,基本查明了滨州市地面沉降现状及其演变特征,揭示了超量抽取地下水造成地下水位下降和具有较大压缩性的地层结构是影响该区地面沉降的2个主要因素。     

时序InSAR解译2017~2020年北京地面沉降时空变化

利用合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术对2017-06~2020-06期间获取的Sentinel-1数据集进行处理和分析,获取北京近几年地面沉降区域的时空分布特征。结果表明,北京地表形变呈现5处沉降区,最大年形变速率为-111.3 mm/a。将InSAR结果与GPS观测资料进行对比,验证了时序InSAR的有效性。对比2018年和2019年的年形变速率可知,各个沉降范围内的沉降面积均在减小,且沉降减缓的面积远大于沉降加速的面积。局部调查后发现,5处沉降区除1处仍在加速沉降外,其他4处的沉降速度均在减缓。     

基于SBAS-InSAR的北京地区地表沉降监测与分析

运用SBAS-InSAR获取北京地区的地表沉降信息,采用18景ENVISAT ASAR影像完成北京地区2007～2010年地表沉降的时空分析。结果表明,北京地区沉降不均匀较为严重,在昌平区、顺义区、通州区等区域出现多处沉降漏斗,且有连成一片并向东扩张的趋势;大部分地区的平均沉降速率在-150 ～10 mm/a,沉降中心的最大沉降量超过400 mm;地表沉降受地下水开采与城市化影响明显。     

矿区地面沉降预计方法与应用前景分析

 地下矿产资源开采引起的地面沉降是世界上各矿产资源大国共同面临的一种严重环境问题,我国也不例外。随着世界范围内矿产资源消耗量的急剧增长,这种问题将日益突出。为了尽可能减轻由地下矿产开采引起的地面沉降,对地面基础设施的损害与自然环境的破坏,对地面沉降进行精确预计显得尤为重要。本文首先对国内外地下矿产开采引起的地面沉降主要预计方法的特点及适应性,进行了系统地分析与总结。在此基础上,作者依据各自的适应性,将地面沉降预计方法分为两大类:(1)对地面沉降空间分布规律的预计;(2)对地面沉降时间变化规律的预计。进而,提出了未来地面沉降预计中切实可行的研究方法与内容,主要包括:(1)对具体地质采矿条件下地面沉降规律的预计研究;(2)对地面沉降预计的时空统一问题的研究;(3)地面沉降预计与实地监测的一体化的研究。最后,作者分析了地下矿产开采引起的地面沉降预计前景。