基于PS-InSAR的京津城际铁路地面沉降监测研究

合成孔径雷达干涉测量技术可以大范围监测地表形变,对高速铁路运行沿线具有较好的监测能力。本文以ENVISATASAR数据为基础,采用PS—InSAR监测北京和天津地区的地面沉降的特征,通过临轨基准转换完成了两个区域的拼接,实现了在同一基准上的大尺度京津城际铁路沿线地面沉降的监测。通过本次研究,我们掌握了京津城际铁路沿线地面沉降的分布,以典型区域为样方分析其时间序列演化特征,并分析城际铁路不均匀地面沉降的运行风险。     

国内外地面沉降现状与研究

京津城际铁路北京段全长50 km,铁路线穿越北京东八里庄-大郊亭沉降区,沿线不均匀沉降给高速铁路的安全运行带来一定威胁。南水北调工程给北京带来了新的水源,平原区地下水开采减少,地面沉降发展态势有所减缓。以京津城际铁路北京段为研究区,选取雷达卫星二号(Radarsat-2)（2011—2015年）与哨兵一号（Sentinel-1）（2016—2019年）卫星影像,采用永久散射体干涉测量（permanent scatterer interferometric synthetic aperture radar, PS-InSAR）技术获取铁路沿线及其附近区域的时序沉降信息。重点分析了研究区南水北调前后铁路沿线沉降演化的差异性。在此基础上,结合铁路沿线地质资料和地下水动态监测数据,分析可压缩层厚度差异、地下水位变化与地面沉降的响应关系。结果表明：南水北调前（2011—2014年）铁路沿线年沉降量大于30 mm区域长度的均值为13.25 km,占北京段全长约26.50%,南水北调后（2015—2019年）已减少至8.87 km左右,占北京段全长约17.74%;同样地,铁路沿线年沉降极值的均值由105 mm减小至78 mm,极值位置有明显东移,由DK17处右移至DK20附近。铁路沿线的沉降与区域沉降漏斗的发展趋势较为一致,主要受地下水长期超量开采带来的地下水位下降和可压缩层厚度影响。京津城际铁路的正常运行与铁路沿线沉降之间未见明显相互影响。

     

时序InSAR监测京雄城际铁路河北段地面沉降

本文以京雄城际铁路河北段固安站至雄安站沿线作为研究区,利用2018—2020年共34景Sentinel-1B影像,基于小基线集雷达干涉测量技术(SBAS-InSAR)获取京雄城际铁路河北段沿线的地面沉降时空分布信息,结合空间自相关分析方法,揭示研究区地面沉降的空间分布格局,并对沉降原因进行初步分析。研究结果表明,京雄城际铁路河北段沿线地面沉降发展由北向南存在一定的差异。北部年均沉降速率小于10 mm/a,南部沉降较为严重,最大年均沉降速率达-105.6 mm/a,且沿线西部年均沉降速率高于东部区域。通过分析影响因素得知,地面沉降量与地下水埋深值存在相关性,地下水埋深高的地区地面沉降量较高。同时结合研究区土地利用变化结果发现,城市化建设所产生的静载荷对京雄城际铁路沿线的地面沉降产生一定的影响。     

D-InSAR技术用于西安地区地面沉降监测的研究

InSAR技术是20世纪后期发展起来的一种新的测量方法,由于其具有能够实现全天时、全天候的对地观测,现已成为空间对地观测技术的研究热点。D-InSAR技术是在InSAR技术基础上发展起来的一种可以用来检测地面微小运动的新技术,其可以监测厘米级,甚至毫米级形变的精度。文中分析了D-InSAR技术用于形变监测中存在的误差及其减弱措施,并对该技术在西安地区的应用作了相应的分析。     

D-InSAR在济宁矿区地面沉降监测中的应用

合成孔径雷达差分干涉测量技术(differential interferometry synthetic aperture radar,D-InSAR)已在矿区地表沉降监测中得到广泛的应用。论文选取2景2009-01-10—2009-02-25覆盖济宁矿区的L波段的ALOS PALSAR影像。基于SarScape软件对研究区进行双轨差分干涉处理,得到一系列结果图;选取两个沉降明显的区域进行精细化分析;结合GIS软件得到整个研究区的沉降分布以及各沉降区在监测时间段内的沉降量和沉降面积等信息。研究表明:利用双轨D-InSAR技术可以获取研究区沉降的整体分布情况和具体煤矿区开采引起沉降量和沉降影响范围等信息,从而为治理煤矿区开采引起的地面沉降情况提供一定的技术支持和经验借鉴。     

双轨D-InSAR技术监测矿区地面沉降的应用

合成孔径雷达差分干涉测量(Differential interferometry synthetic aperture radar,D-InSAR)技术在矿区地面沉降监测领域具有独特的优势和巨大的发展潜力。为分析并掌握济宁某矿区地面沉降的变化状况,选取具备高穿透植被能力的L波段的ALOS PALSAR数据,基于双轨D-InSAR技术对采煤塌陷进行动态监测,获取矿区的形变信息,并与水准数据进行对比分析,进而为有效的进行矿山地质环境保护与治理恢复提供一定的理论依据和技术支持。     

PSInSAR技术在地面沉降监测中的应用研究

永久散射体合成孔径雷达测量技术(PSInSAR)具有全天候、大范围、高精度监测地表形变的优点,是形变灾害监测领域一种新的经济的空间对地观测新技术。本文介绍了PSInSAR技术,并使用我国某地区的卫星SAR影像数据,运用PSInSAR技术完成了地面沉降监测的相关处理流程,并将结果与常规水准测量的结果进行了对比,证实了PSInSAR技术用于大范围地面沉降监测的有效性。     

采用SBAS-InSAR技术监测郑州城区地面沉降

为长期有效监测郑州市地表沉降,本文采用SBAS-InSAR (Small baseline subset-Interferometry SAR)技术对29景覆盖郑州城区的Sentinel-1A影像数据进行处理,获得了郑州城区2015.04-2017.03地面沉降速率与累积沉降量。试验表明,郑州中心城区地表稳定,其余区域普遍存在地面沉降现象,主要沉降区为研究区西北部、北部、东部,下沉速率大部分位于0.6 mm/a-6 mm/a区间范围内,其沉降中心分别位于城区西北惠济区与城中金水区,最大下沉速率约为27.4 mm/a,最大累积下沉量约为70.4 mm,该试验结果为郑州城市规划建设提供参考。     

武汉市地面沉降时空分异特征及地理探测机制

城市地区地面沉降造成地面高程损失,威胁各类设施的安全运行,影响地表径流和水文循环,监测地面沉降现状并揭示其形成机制,对于城市可持续发展具有重要意义。以2007—2011年的ALOS-PALSAR影像和2015—2019年的Radarsat-2影像为数据源,基于小基线集技术（small baseline subset interferometric synthetic aperture radar, SBAS-InSAR）获取武汉市两个监测阶段的地面沉降速率、沉降时间序列,并利用地理探测器揭示规划单元尺度地面沉降的主导驱动因子及驱动因子之间的交互作用机制。结果表明:(1)2007—2011?年和2015—2019年地面沉降平均速率分别为-3.53 mm/a和-1.48 mm/a。地面沉降较为显著的区域:2007—2011年,是汉口、沙湖沿岸及以北、南湖以西和白沙洲地区;2015—2019年,是汉口、沙湖北和白沙洲地区。(2)?局部性、阶段性、与自然条件及人类活动相关是两个时期武汉市地面沉降演变的3个特点。(3)水文地质条件作为必要条件,通过与地面荷载、地下空间开发、工程施工因素交互作用形成武汉市地面沉降时空格局,2007?—2011年的工程施工因素、2015—2019年的地面荷载因素与水文地质条件交互作用明显较强。     

合成孔径雷达差分干涉测量技术在城市地面沉降监测中的应用

合成孔径雷达干涉测量(InSAR)是利用合成孔径雷达(SAR)两次观测中的相位差与空间距离差之间的关系,提取地表三维信息和形变信息的一项技术。利用欧空局存档雷达数据,通过常规D-InSAR、PS-InSAR和SBAS技术,实现对哈尔滨城市历史和现今地面沉降情况调查,为城市形变灾害预测提供详实可靠的观测数据,以便更好地指导今后的地面沉降防治工作。     

基于InSAR技术的南昌市地铁沿线地面沉降监测与分析

地铁的建设与营运会产生沿线的长期持续形变,从而引发地面沉降。本文以南昌市运营中的1、2号线以及在建地铁沿线为研究对象,基于研究区内的26景Sentinel-1A数据和DEM数据,采用了小基线集(Small Baseline Subset,SBAS)时间序列技术,获取了研究区内地表的形变速率与累计形变量。实验结果表明,地铁沿线范围内整体呈现沉降趋势,沉降速率在-2 mm/year～-17mm/year之间,局部区域出现地面抬升情况,累计抬升65.53mm。通过分析时序结果变化以及沉降发生的地理空间分布,推断地铁高速运行产生的地面载荷是地面沉降发生的主要因素。     

郑徐高铁开封段地面沉降分层监测方法

高铁沿线施工期间引起地面沉降的因素错综复杂、相互影响,本文提出通过对沉降区域地下水位、孔隙水压力等进行分层观测,根据分层观测得到地下水位变化、孔隙水压力变化等数据,并采用回归分析法构建了沉降区域地面沉降与诸影响因子的关联模型,通过对郑徐客运专线开封段进行的地面沉降监测量与同时采用二等精密水准测量得到的监测点沉降量进行对比分析,结果表明本方法的有效性和可靠性。     

地面沉降预测方法的探讨

以变形观测点的平均高程作为研究对象,对连云变电所地面沉降规律进行研究.在沉降区域内较均匀地布设一些能反映地面沉降情况的观测点,定期对其进行沉降观测,求得每期观测点的高程值.选用Gompertz曲线模型和Logistic曲线模型进行拟合,建立预测模型,对研究对象进行预测并进行精度评定.通过研究发现,该方法能较好地反映地面整体沉降情况,可以作为研究地面沉降的方法之一.     

灰色预测模型在地面沉降中的应用

城市地面沉降已经成为城市发展的严重制约因素,很多城市都在积极采取控制沉降的措施.地面沉降趋势的预测可为地面沉降防控提供数据参考.本文基于天津某地区沉降监测数据,采用灰色理论建立GM(1,1)模型对沉降趋势进行预测.结果 显示,利用灰色模型预测地面沉降具有较高的精度,能够在地面沉降的预测研究中发挥作用.     

GPS技术在西安市地面沉降与地裂缝监测中的应用

为了研究监测西安地区地面沉降与地裂缝灾害的变化情况,建立了该地区高精度GPS监测网.着重介绍了该GPS监测网设计方案和外业观测方法,并对内业数据处理中的关键技术进行了深入研究,提出了一套适用于大城市地面沉降与地裂缝灾害监测的作业方法和数据处理方案.通过西安地区地面沉降和地裂缝的GPS监测实践,验证了本文提出的监测网的布设原则、GPS外业施测和内业数据处理方案是切实可行的,并且通过GPS监测获取了西安地面沉降和地裂缝近期活动的有关数据信息,获得了与精密水准结果与地质资料具有较好一致性的结果.     

区域地面沉降评估方法研究

地面沉降是一种不可补偿的永久性环境和资源损失,是我国乃至世界范围内较为普遍的地质灾害.日前仍然没有形成比较完整的有关地面沉降评估的理论体系.以连云港云台变电所为研究对象,确定了地面沉降评价指标,建立了地面沉降评估体系.实例验证结果表明,该研究方法能较好地反映地面总体沉降情况.     

GPS在城市地面沉降监测中的应用

地面沉降与地下水过量开采以及城市建设有关.测定地面沉降主要是采用水准测量方法,由于GPS技术的迅速发展,使得应用GPS技术测定地面沉降成为可能,GPS技术具有精度高、速度快、工作量小、全天候等特点.文中论述了应用GPS技术测定城市地面沉降的基本方法,通过对S市的4次定期观测,取得了有益的结果.     

半干旱矿区沉陷地土地复垦模式研究

根据矿区土地复垦方案设计与规划的方法与技术,在研究半干旱矿区独特的自然地理条件的前提下,根据相关生态修复原理和方针,提出适宜该类矿区发展的土地复垦模式,并且以陕西大柳塔-活鸡兔矿区为例,列举了几种适宜本矿区的土地复垦模式.同时结合最新的科学研究成果给出了一些建议.