基于SBAS和IPTA技术的京津冀地区地面沉降监测

京津冀位于华北平原北部地区,地下水的长期超量开采,造成了严重的区域地面沉降,对京津冀区域进行大范围地表形变监测已经成为一个值得关注的问题.基于相邻条带的RADARSAT-2数据,结合小基线集干涉测量技术和干涉点目标分析技术,获取京津冀地区2012-2016年地面沉降场时序信息.基于监测结果对研究区地面沉降发育情况进行初步探讨,并对沉降漏斗的时空演化特征进行分析.研究发现,京津冀地区发生地面沉降的区域较多,地面沉降不均匀性特征明显,地面沉降发育最严重的地区位于北京金盏一带,最大沉降速率达到130 mm·a~(-1);在多个沉降漏斗中,北京金盏沉降漏斗、天津王庆坨沉降漏斗发育最为严重,累计沉降量分别达到661 mm,658 mm.衡水市阜城县、景县沉降漏斗扩张趋势最为剧烈,累计沉降量大于200 mm的面积达到1494 km~2.     

廊坊城区地面沉降与地下水漏斗响应关系

通过收集廊坊城区水文地质条件、地面沉降监测等资料,分析地下水漏斗变化和地面沉降发展情况,研究廊坊城区地面沉降与地下水漏斗响应关系。首先,深层地下水是廊坊城区的主要水源,2001—2015年供水量呈整体上升趋势,其中生产用水和家庭用水占主要部分,长期开采深层地下水形成地下水漏斗,漏斗断面呈"V"字形。其次,基于合成孔径雷达干涉(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)技术,廊坊市城区大部沉降速率60 mm/a,局部达80 mm/a。再者,地下水漏斗变化和地面沉降响应关系显示,地下水漏斗与地面沉降中心基本吻合,地下水位开采量增加,造成深层水位下降,导致地面沉降速率不断变大,影响范围亦增大,地下水位下降成为该区地面层沉降主要影响因素,同时建筑群荷载增加对地面沉降亦产生不利影响。因此,开展地面沉降与地下水漏斗响应关系研究可为地面沉降灾害防治提供理论依据。     

基于小基线集时序干涉雷达分析武汉中心城区地表沉降时空特征

利用2015—2016年期间获取的15景Sentinel-1A TOPS SAR影像,采用小基线集时序干涉雷达(interferometric syn-thetic aperture radar,InSAR)分析方法,研究了武汉中心城区的地表沉降特征,分析并建立了该地区地表沉降与城市建设、降雨量和长江水位变化等因素的关系.采用32个水准点数据验证了基于Sentinel-1A反演的地表沉降结果,精度为5.82 mm/a.研究区域内不均沉降明显,其地表沉降速率范围为-81.5～18.2 mm/a,且探测到的最大沉降速率位于后湖地区;地表沉降时间序列呈伴随有明显季节变化的非线性沉降.地表沉降与影响因子的对比分析表明,沉降漏斗与工程建设施工区位置分布具有较高的空间相关性;地表沉降中的季节性变化与水位变化和降雨量有关;研究区域地表沉降主要由人为活动、土层压缩性以及地下水过度开采等造成.研究结果给出了武汉中心城区地表沉降时空特征和地表沉降与其影响因子之间的相互关系.     

黄河三角洲深层地下水漏斗引发的地面沉降特征

利用GIS集成分析深层地下水、钻孔和水准观测等资料,揭示了黄河三角洲地区尤其南部广饶井灌区形成的大面积深层地下水水位降落漏斗时空演化规律及抽水引发的地面沉降特征.东营和广饶地面沉降漏斗与深层地下水降落漏斗分布相一致,中心沉降量和速率分别为155.1mm、28.2mm/a和356.0mm、64.7mm/a.在深层地下水下降速率为2m/a的情况下,运用土力学模型分层计算黄河三角洲沉降量,第二、三压缩层年最终压缩量分别为36—63mm和98—138mm,已成为黄河三角洲地面沉降主要贡献层.     

基于时序InSAR技术监测北京平原区地面沉降

选取地面沉降比较严重的北京平原区作为研究区域,利用时序InSAR技术对该区域2003-2010年的52景ENVISAT ASAR数据进行处理,通过小基线对组合、差分干涉处理、高相干点提取、形变相位分离等步骤,最终反演出北京地区2003-2010年的时间序列累积沉降量和平均形变速率.研究结果表明,沉降地区主要分布在朝阳、通州、昌平和顺义地区,其中朝阳-通州区域沉降最为严重,年最大沉降量超过了110mm/y,与该区域过度开采地下水有关.将监测结果与现有研究成果和实测水准数据进行对比,发现三者具有较高的一致性,表明时序InSAR技术监测地区沉降具有可靠性和准确性.     

基于小基线DInSAR技术的典型地区沉降监测

为了有效地监测城市地面沉降情况,以2003—2010年该区52景ASAR数据为研究对象,利用小基线DInSAR技术方法,通过连接、干涉、解缠、轨道精炼和去平、反演、二次反演、地理编码等步骤,对反演出的实验区2003—2010年的形变速率进行时序序列分析。结果表明:实验区地面抬升沉降主要分布在A区、B区、C区、D区(最大沉降速率达到每年11.1 mm),抬升区域主要分布在A区和D区(最大抬升速率达到每年9.2 mm),其余大部分地区的沉降和抬升速率不太明显。通过与以往的沉降研究成果进行对比,验证了该技术在地面表沉降监测中的可靠性和准确性,为后期研究及预测实验区地面沉降及抬升提供理论依据。     

基于夜间灯光数据的武汉市城镇用地扩张识别与空间分布特征研究

以武汉市为例,基于DSMP/OLS夜间灯光数据、多源遥感影像数据和统计年鉴数据,通过构建城镇用地复合指数,提取2000,2005和2010年3个年份的武汉市城镇用地面积,分析了武汉市城镇用地扩张的形态特征、城镇用地演变规律和影响其变化的因素.研究表明,2000年到2010年之间武汉市的城镇用地扩张速度不断加快,并呈现非紧凑型发展.城镇用地空间扩张逐渐复杂化,离散破碎之势逐年显著.位于西北和东南方向上距主城20～30km的远城区扩张强度最大;总体城镇用地空间格局基本稳定,受地理条件、空间距离、经济发展和政策指引等因素的影响,不同方向上城镇用地扩张差异化显著.     

应用相干点目标干涉测量分析方法监测北京市地面沉降

本文介绍了合成孔径雷达差分干涉测量(Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar,简称D-In SAR)和小基线集(Small Baselines,简称SBAS)时间序列分析方法的原理,利用D-In SAR和SBAS分析方法,基于ENVISAT ASAR数据,研究了2007—2010年期间北京东郊主要地面沉降区域的空间分布特征,并对两种方法获得的结果进行对比验证,选取均匀分布的1 000个点的年平均沉降速率进行对比,结果显示,二者之间的相关性达到0.91,均方根值(RMS)为13.57 mm/a.     

利用SAR相干点目标分析技术监测常州地面沉降

由于地下水开采和大量工程建设的影响,不少城市地面沉降问题突出.利用2011年至2013年间获取的41景TerraSAR-X高分辨率SAR数据,采用相干点目标分析技术对常州地表形变进行监测,获得了地面沉降速率图,并与水准测量结果进行了对比验证,达到了毫米级精度.研究结果显示,常州市武进地区存在几处明显的沉降,在2011-2013年间最大沉降速率达到28.7 mm/a,体现了IPTA技术在城市地面沉降监测中有很好的应用前景.     

基于高级InSAR时序分析方法的高速公路沉降分析

利用一种新的分析方法 FRAM-SBAS时序分析方法,对兖州地区的ALOS PALSAR数据进行分析,研究该地区的高速公路沉降。FRAM-SBAS时序分析方法是一种融合了多种In SAR误差源校正方法的短基线集时序分析策略。利用Envisat数据,使用FRAM-SBAS时序分析方法获得的济宁地区在2008-09-21~2010-07-18期间地表的时序变化,得到了很好的研究结果,济宁地区最大时序沉降量为60 mm,最大沉降速率达到50 mm/a。高速公路路段最大沉降量达到53 mm,最大沉降速率为32 mm/a。而且高速公路沉降严重的路段均在地面沉降严重的区域,从而证明了矿区开采和车辆载荷对高速公路沉降的影响,同时也证明了该时序方法在地面及高速公路沉降监测方面的可行性。     

Sentinel-1A TS-InSAR地铁沿线地面沉降监测与分析

地铁的建设与运营容易引起地表的纵向沉降,从而影响城市的发展和人民生命和财产安全,因此及时掌握各地铁沿线地表沉降情况具有重要现实意义。本文以南宁地铁为例,利用Sentinel-1A SAR数据和TS-InSAR技术,借助外部高精度的POD Precise Orbit Ephemerides和ASTER GDEM V2去除由去相关引起的相位跳变,获取了2017年6月~2019年1月南宁地铁网络地面沉降速率场,并在此基础上重点分析了地铁沿线地面沉降情况和沉降时空分布规律。试验结果表明,2017~2019年,南宁整体的地表沉降特征较为明显,最大累计沉降达到了-47.41mm。大部分城区相对稳定,沉降区主要分布在各地铁沿线区域,且随着南宁经济的快速发展和城市地铁建设的加快,各地铁沿线地面沉降呈逐渐增强和扩散趋势。     

县域中心城区的扩张及其驱动力——以山西省灵丘县为例

以速度、强度、分形维数和空间重心等指数分析了1980—2018年灵丘县中心城区的时空演变特征,并运用地理探测器识别城镇扩张的驱动因素.结果表明,1980—2018年间灵丘县城镇建设用地呈快速扩张趋势,由1980年的173.69hm~2增长到2018年的1180.57hm~2,扩张规模近7倍,分时段研究显示,城镇扩张的速度和强度均在2000—2010年达到最大值;在空间上呈现出向东、西、北3个方向的扩张,形态规则度在2000—2010年间有较大波动,中心城区重心向北部移动明显;对中心城区扩张影响最大的因子为到城镇中心的距离,其次为综合医院和路网密度,自然环境对城镇扩张的影响力较弱;不同因子之间产生交互作用,表现为双因子增强和非线性增强,其中,距城镇中心距离和距耕地距离与其他因子交互后影响力增强显著.     

廊坊北三县地区地面沉降时空分布特征与成因分析

精确、高效的垂向形变监测与分析对地面沉降灾害防控与地球动力学研究均具重要意义。采用永久散射体干涉测量(PS-In SAR)技术获取廊坊北三县地区2007~2010年地面沉降时间序列信息,并结合地层岩性、活动构造、城镇化水平与地下水开采等形变影响因素,分析研究区沉降时空分布特征与成因。结果表明:研究区地面沉降非均匀性显著,且表现出季节性变动特征;厚度较大的冲积、湖积地层沉降较发育,沉降分布受构造控制明显,断层两侧形变速率差异大,局部区域人为诱因占主导;一般、严重沉降区分布与0IBI差值0.4区域具一定空间响应,且在典型区内与中、深层承压水位漏斗空间展布吻合较好,但沉降中心偏西北。     

基于PSInSAR和GIS空间分析的南通市区地面沉降监测

为提高永久散射体雷达差分干涉测量(PS-InSAR)技术中大气延迟相位提取精度,在采用滤波方法从残余相位中提取大气延迟相位时,提出了基于结构函数的最佳滤波方法及滤波窗口大小的自动确定方法;并对PS(permanentscatterer)点的线性形变速率进行空间分析,了解其数据分布,探测离群值,然后进行Kriging插值,以获得高分辨率的沉降速率图.为验证方法的有效性,以江苏南通市区为试验区域,采用2006—2007年间15幅Envisat卫星SAR(synthetic aperture radar)图像进行地面沉降监测.结果表明,该方法有利于确保大气延迟相位的提取精度,获得了南通市区高分辨率的沉降速率图,发现南通市区存在多个沉降漏斗,但在2006—2007年间没有出现沉降速率特别大的沉降漏斗,大部分区域的沉降速率不超过11 mm.年-1.     

地面沉降对蓄滞洪区调度及风险的影响研究

综合分析大黄堡蓄滞洪区不同年份的遥感数据和水准点数据,可知该区域年均沉降量由1989—2002年的20,mm降至2002—2010年的12,mm,虽呈整体下降趋势,但总沉降量仍然较大.为提高分析的全面性,综合考虑了入流河道堤防沉降对蓄滞洪区的影响,数据分析表明堤防每沉降100,mm,河道泄流能力下降30,m~3/s,从而导致蓄滞洪区入流量增加.针对大黄堡蓄滞洪区采用交替方向隐式(ADI)法建立二维洪水演进模型,模拟结果表明:地面沉降对蓄滞洪区库容有影响,在设计水位情况下蓄量比沉降前增加了14%,;地面沉降后100年一遇洪水时,原调度方案不能满足滞洪要求,需改变原只启动前3区的调度原则,增加启动Ⅳ区滞洪,使得淹没面积较沉降前增加了14.5%,,洪灾损失较沉降前增加了22.1%,,增加了洪灾风险.     

上海市控制地面沉降灾害的成本-效益分析

从 2 0世纪 6 0年代开始 ,上海市就积极开展地面沉降动态监测与研究 ,采取地下水人工回灌、限制地下水开采等有效措施 ,最大限度控制地面沉降 ,已取得显著成效 .控制沉降后 (196 5— 2 0 0 0年 )的年均沉降量从控制沉降前 (192 1— 196 4年 )的 37.93mm锐减至 6 .19mm .运用成本 -效益分析方法 ,对上海市控制地面沉降灾害的费用效益进行了探讨 .结果表明 ,上海市控制地面沉降灾害的投入为 16 .75亿元 ,取得的控制沉降经济效益高达 6 15 9.4 2亿元 ,年均控制沉降效益为 171.10亿元 ,控制 1mm地面沉降的经济效益为 5 .37亿元     

基于哨兵-1A时间序列合成孔经雷达的地铁沿线地面沉降监测与分析

地铁的建设与运营容易引起地表的纵向沉降,从而影响城市的发展和人民生命和财产安全,因此及时掌握各地铁沿线地表沉降情况具有重要现实意义。以南宁地铁为例,利用哨兵-1A(Sentinel-1A)数据和时间序列合成孔径雷达(time series interometry synthetic aperture radar,TS-InSAR)技术,借助外部高精度的精密定轨(precise orbit determination,POD)精密轨道数据和先进星载电磁发射和反射辐射计全球数字高程模型(advanced spaceborne thermal emission and reflection radiometer global digital elevation model V2,ASTER GDEMV2)去除由去相关引起的相位跳变,获取了2017年6月—2019年1月南宁地铁网络地面沉降速率场,并在此基础上重点分析了地铁沿线地面沉降情况和沉降时空分布规律。试验结果表明,2017～2019年,南宁整体的地表沉降特征较为明显,最大累计沉降达到了-47.41 mm。大部分城区相对稳定,沉降区主要分布在各地铁沿线区域,且随着南宁经济的快速发展和城市地铁建设的加快,各地铁沿线地面沉降呈逐渐增强和扩散趋势。     

咸阳市地下水位动态及其与地裂缝发展的对应关系研究

为了明确咸阳市城区地裂缝与地下水开采的关系,在对咸阳市地下水开采历史和现状研究的基础上,根据多年的水位观测资料,研究了咸阳市地下水超采区多年的水位动态变化特征,并结合调查访问和资料收集,对比分析了咸阳市城区地下水开采与地裂缝的定性关系。结果表明:在1986—2006年的快速下降阶段,地下水水位下降了11.4 m;而2006年至今的回升阶段,地下水位上升了6.54 m,目前咸阳市地下水水位已经处于回升和相对稳定的阶段。咸阳城区的地裂缝在1991—2006年高发,2006年之后活动减弱,表明咸阳市地裂缝活动在时间上与抽水引起的地下水位变动具有很好的一致性。同时地裂缝发育的空间分布与抽水形成的水位降落漏斗也具有较好的一致性,说明地裂缝并不是沿渭河断裂全线发育,而是主要发育在城区两个主要的抽水沉降漏斗区,尤以漏斗边缘裂缝更为明显。研究结果对掌握咸阳地裂缝的成因机理,预测其今后的发展趋势,开展地裂缝地面沉降灾害的防治工作具有一定的指导意义。     

基于SBAS-InSAR的钻井水溶矿山地表时序沉降场反演

为研究某钻井水溶矿山地表形变发展规律,选取2016年11月12日至2019年06月06日欧洲航天局Sentinel-1A影像数据,采用SBAS-InSAR技术获取研究区高相干点和地表时序形变图。根据高相干点个数及其参数,反演研究区沉降面积和沉降体积,并采用克里金插值法对研究区高相干点进行内插,获取沉降漏斗数据,然后与水准实测形变值进行对比。试验结果表明:2016年11月至2019年06月研究区地表最大累计沉降量为246 mm,高相干点沉降值大于10 mm的区域内最大沉降面积为1.26 km~2,最大沉降体积为118 336 m~3。沉降结果与水准实测数据均方根误差为±8 mm,地表沉降漏斗发育与溶腔内部承重水压对地表稳定性影响一致,沉降范围和体积反演结果可为研究区后期的土地保护与复垦提供依据。     

北京东部区域地面沉降现状及其发展趋势预测

东部沉降区是北京地面沉降比较严重的沉降区之一.该区域是北京市未来发展的重点地区之一,包括了CBD及其东扩区,通州新城.通过对该区域内大量地面沉降历史观测数据、地下水位历史观测数据以及近几年的监测成果进行整理,分析总结了该区域内地面沉降发生、发展的特点及规律,并建立了适用于不同地层在多层地下水动态变化条件下的地面沉降计算方法,编制了计算程序.分析与计算结果表明:1)研究区的地面沉降总体上呈现自西向东,自北向南发展的趋势,由一个沉降中心逐渐出现多个沉降中心.2)近几年研究区的地面沉降呈现出沉降面积迅速扩大、沉降速率加快的发展趋势.3)未来5年内研究区西部地区地面沉降比较稳定,地面沉降继续向东部与南部移动.