城市地面沉降InSAR监测

据2012年2月20日获得国务院批复的《2011-2020年全国地面沉降防治规划》权威发布,中国发生地面沉降灾害的城市超过50个,全国累计地面沉降量超过200毫米的地区达到7.9万平方公里。
一、存在问题
1.地下水超量开采
    过度开采地下水,导致土地亏空,是地面沉降的罪魁祸首
2.城市高层建筑增多
    无度开发城市,不断增高的水泥森林过度建设,城市土地难以承受持续高产之重,悄无声息沉降
3.工程性沉降呈普遍性
    基础设施建设发展迅猛,地铁施工等工程性因素导致地面沉降越来越普遍,同时这种工程性沉降反过来又加剧施工的危险性;实时监测需求迫切。
4.监测手段、防范措施不及时、不到位
    监测手段的落后、防范措施的滞后,加速、加剧地面沉降并发生次生灾害
二、造成的危害
1. 城市基础设施安全风险加剧,如建筑物地基下沉、房屋开裂、地下管道破损、井管抬升、城市轨道交通断裂,威胁城市安全  
2. 城市重力排污失效,地区防洪、防汛效能降低,并造成河道及港口淤积,航运能力下降,洪涝及风暴潮灾害加剧
3. 城市建设和维护费用剧增
4. 地面高程失真,影响防洪、防汛高度,危及城市规划,造成决策失误
三、监测方法
传统监测、GPS监测、合成孔径干涉雷达(InSAR)监测
1. 传统地面沉降测量方法包括水准测量、基岩标和分层标测量。
   特点:精度高、范围小。
​2. GPS
全方位测量,借助GPS卫星进行三边测量定位。
   特点:全天候、可实时、精度高。
​3. 合成孔径干涉雷达监测。
   特点:敏感度高、监测范围广、受天气影响小、监测实施方便容易、成本相对低、安全性高
四、解决方法
       利用雷达卫星在需要的监测时段内对目标城市进行持续拍摄(如按2/月以上的频率进行拍摄)
       对连续获取的多期雷达卫星影像(InSAR数据)进行专业处理,生成该城市在监测时段内的地面沉降信息(形变速率精度可达到±2mm/年)
       对生成的地面沉降信息进行分析,得到该城市地面沉降状况及态势,辅助科学治理
五、关键技术
雷达干涉测量(InSAR)是一种新型的测量技术:
       利用持续观测过程中目标点到卫星距离的变化信息,测量计算地表发生的缓慢形变量值;
       能够大面积、高精度、低成本地监测地面沉降;
       能够得到各种自然和人工刚性地物(如岩石、建筑、道桥、栏杆等)特征点的形变信息。
雷达干涉测量(InSAR)技术监测地面沉降:
       有利于进行动态过程的长期观测
       特别适合大范围、长周期的地面沉降监测
雷达干涉测量技术能够实现毫米级的地面沉降测量精度。每个刚性地物特征点(在时间维度上具有稳定雷达后向散射特性的地面目标点)的观测信息包括:
(1)   形变点位置(地理坐标、高程)
(2)   形变点平均形变速率:体现某时段内的形变情况,一 般根据形变速率数值,给形变点配上特征颜色,进行区分。
(3)   形变点形变速率曲线(时间演化分析)— 形变速率曲线既是沉降情况反演的历史曲线,也是未来进行机器学习识别风险的知识曲线。
六、产品优势
雷达干涉测量与传统手段(常规变形监测技术包括采用经纬仪、水准仪、测距仪、全站仪等常规测量仪器测定点的变形值)相比,具有以下优势:
1.主动式监测:    无需在观测区域设置测站
2.覆盖范围大:    每景数据可覆盖监测范围达数千平方公里
3.测点密度高:    刚性地物特征点的空间连续性好,能更好发现风险隐患        
4.监测精度高:    刚性地物特征点的形变测量精度能够达到mm量级
5.全天时全天候:  不受光照和天气条件的影响
6.自主地面站支持:雷达卫星香港地面接收站
七、经济和社会效益
1.相比于传统方法监测周期长、耗资大,雷达干涉测量监测方法能够大大节约人力物力和时间成本;
2.为城市生命线工程(轨道交通、防汛设施、磁悬浮线、高速铁路、越江隧桥、天然气管网、城市高架等)的地面沉降监测提供科学技术手段,保障其安全运营。
3.及时发现和预测风险隐患,避免事故发生引起的人员伤亡和财产损失。
 


To Top