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时序InSAR郑州地铁沿线地面沉降分析

针对郑州市地铁网络缺少长时间序列的地面沉降研究,本文基于永久散射体合成孔径雷达干涉测量PSInSAR (Persistent Scatterers Interferometric Synthetic Aperture Radar)技术生成的长周期地面沉降数据分析了郑州市地铁沿线地面沉降的时空特征,并通过反距离内插等距化处理,基于长短期记忆网络LSTM (Long Short-Term Memory)模型对典型地铁站点地面沉降进行了预测与分析。研究结果表明：空间上,沉降路段主要集中在1号线和5号线的东段,最大沉降速率超过20 mm/a,且1号线沿线不均匀形变较为突出;时间上,不同区域PS点在时间序列上的变化有较大不同,沉降槽中心处沉降呈逐年扩大趋势。实验表明LSTM模型具有较高的预测精度,预测发现1号线市体育中心站南边河南省档案馆新馆北侧未来两年里仍将以大约0.5 mm/月的速率继续沉降,有必要对该站及其附近继续监测。     

利用Sentinel-1合成孔径雷达干涉测量技术监测海原断裂现今地壳变形特征

20世纪20年代,青藏高原东北发生了两次8级以上强震,其中1920年12月16日发生的海原M8.5地震距今已经100年。海原断裂带作为青藏高原东北缘最活跃的断裂带之一,至今仍控制着该区域微震及中强地震活动。本文基于ISCE软件和StaMPS平台,以2017年3月至2020年6月覆盖研究区的72景哨兵一号（Sentinel-1）SAR影像为数据源,采用PS-InSAR技术对海原断裂带进行时序形变监测,并以区域内GPS速度场进行校正,获取了其三年多来雷达视线向（Line of sight,LOS）的年平均形变速率。研究结果表明：①海原断裂带南北两盘形变速率差异明显,这与左旋走滑的运动性质相符;②毛毛山断裂、老虎山断裂西段处于闭锁状态,老虎山断裂中东段处于较为活跃状态,观测到蠕滑变形;海原地震破裂带部分断裂浅部处于愈合状态;③老虎山断裂中东段的蠕滑变形是青藏高原东北缘最为显著的区段,推断与1888年和1990年景泰的两次六级地震有关。     

基于分时散射目标的非城区地形PS-InSAR监测

永久散射体(PS)在非城区的分布密度通常难以满足PS-InSAR技术的地形监测需求,导致PS-InSAR监测误差较大,而非城区通常存在一定时段内的散射目标,即分时散射目标,为此,本文提出基于分时散射目标的改进PS-InSAR算法。首先采用通过边缘保持EMD算法对SAR影像干涉对进行降噪;然后以双层K-means聚类提取非城区的分时散射目标候选集,并通过可信概率提取可靠的分时散射目标;最后通过组内加权参数迭代和组间等权融合,计算监测区的地表形变。试验结果表明,提取的分时散射目标与同位置PS点具有相近的分布特性和变化趋势,较大地提高了非城区目标点的分布密度,提高了非城区地表形变监测的精度。     

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。     

基于PS-InSAR的 1995-2000 年苏州地面沉降监测

永久散射体(PS)技术在传统差分干涉测量(D-InSAR)中引入时间维,分析长时间内保持稳定的像元集相位变化,获得毫米级的地面测量精度,但是该技术要求处理的范围较小.采用分块处理的方法,通过PS差分干涉测量处理,得到1995-2000 年苏州地区地面沉降场的测量值.地面水准测量数据的验证分析表明,雷达差分干涉测量精度可达5mm(以水准测量代表地面形变的真实情况),基于分块处理的 PS-InSAR 技术在进行城市地面沉降监测和时空演化特征研究中具有很大的优势.     

利用PS-InSAR技术监测南通市区地面沉降

以南通市区2006年至2007年的SAR影像为数据源,利用PS InSAR技术对南通市区进行地面沉降研究.结果显示,南通市区存在多个沉降漏斗,但沉降量不大,大部分区域的线性沉降速率不超过11 mm/a.     

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Change in regional land subsidence in Beijing after south-to-north water diversion project observed using satellite radar interferometry

ABSTRACT

Over-exploitation of groundwater has caused severe land subsidence in Beijing during the past two decades. Since the middle route of South-to-North Water Diversion Project (SNWDP), the biggest water diversion project in China, started to deliver water to Beijing in December 2014, the groundwater shortage has been greatly alleviated. This study aims to analyze the impact of SNWDP on the spatiotemporal evolution of land subsidence in Beijing. Change in surface displacement in Beijing after SNWDP was retrieved and the spatiotemporal patterns of the change were analyzed based on long time-series Envisat Advanced Synthetic Aperture Radar (ASAR) (2004–2010), Radarsat-2 (2011–2014), and Sentinel-1 (2015–2017) satellite datasets using Permanent Scatterer Interferometric Synthetic Aperture Radar (PS-InSAR) techniques. Land subsidence unevenness index (LSUI) was proposed to represent the spatial unevenness of surface displacement. PS-Time approach was then adapted to examine the time series evolution of LSUI. The results showed that the InSAR measurements agree well with leveling measurements with R² over 0.96. Although the maximum annual displacement rate reached ?159.7 mm/year by 2017, over 57% of the area within 25 mm/year contour line showed decreasing or unchanged displacement rate after the south-north water delivered to Beijing. The settlement rate in Chaoyang-Dongbalizhuang (CD) subsidence center has decreased for 26 mm/year from 2011–2014 to 2015–2017. Only around 15% of the area experienced continued accelerating settlement rate through the three time periods, which was mainly located in the area with the compressible layer thickness over 190 m, while the magnitude of velocity increment considerably decreased after SNWDP. Land subsidence unevenness, represented by LSUI, developed more slowly after SNWDP than that during 2011–2014. However, LSUI at the edge of settlement funnel has kept developing and reached 1.7‰ in 2017. Decreasing groundwater level decline after SNWDP and the positive relationship (R² > 0.74) between land subsidence and groundwater level clearly showed impacts of SNWDP on the alleviating land subsidence. Other reasons include geological background, increasing precipitation, and strict water management policies implemented during these years.     

基于时序InSAR的即墨市区地表形变监测

地面沉降是一种对地面及地下基础设施造成安全隐患,对经济可持续发展和环境保护产生破坏影响的地质灾害现象.本文使用2017年5月至2018年5月16景Sentinel-1A卫星SAR影像,根据D-InSAR的初步形变监测结果将即墨城区内沉降明显的区域作为研究区,基于PS和SBAS两种时序InSAR方法对该区域进行地面沉降监...