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基于SBAS-InSAR技术的北京平原区地面沉降监测研究

周琦  
【摘要】:近年来随着经济的迅速发展,带动了城市地下水开采量的急剧增大,引发了一系列地面沉降问题,严重威胁城市基础设施、轨道交通、地下空间建设,给人民群众生产、生活以及生命安全带来隐患,制约着社会经济、区域环境的全面、协调、可持续发展。北京市作为我国首都,是拥有2000万人口的特大型都市,城区人口密集,地下交通与市政管网发达,并且是重要的铁路枢纽,在北京平原区开展关于地面沉降监测与防范相关的技术研究,对保障城市建设发展与人民安居乐业具有重要意义。合成孔径雷达差分干涉测量技术(Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar,D-InSAR)以其监测周期短、覆盖范围广,应用成本低的优势,在地面沉降监测领域被积极研究与广泛应用。本文应用D-InSAR技术新方法短基线集(Small Baseline Subset, SB AS)法,获取北京市平原区部分区域地面沉降时间序列累计沉降量,并针对地面沉降监测结果初步分析了研究区范围地面沉降时空分布特征、影响因素以及潜在的危害。 主要研究内容与成果如下: (1)介绍了北京市平原区地面沉降背景和InSAR监测地面沉降技术国内外发展历程与相关研究成果。详细阐述了InSAR、D-InSAR技术的基本原理和数据处理流程,并采用三轨法D-InSAR技术,利用三景ENVISAT ASAR影像初步反演得到了北京市平原区地面沉降信息,确定了北京北部三大沉降中心位置,为后续方法处理提供参考信息。 (2)本文选取北京市平原区北部主要沉降中心,利用短基线集方法SBAS-InSAR对20景中分辨率的ENVISAT ASAR数据和10景高分辨率的TerraSAR-X进行处理,高精度反演获取了研究区范围近四年的时间序列累计沉降量,监测结果发现在北京市平原区北部有昌平区沙河-八仙庄,朝阳区来广营、东八里庄-大郊亭三大沉降中心,年最大沉降量都超过了140mm/y,沉降区范围不断扩大并且逐渐连接成片,说明近年来的防治措施并没有有效降低地面沉降的发展趋势。将监测结果与水准测量等值线的对比对监测结果进行了验证,在沉降范围与程度上都与水准测量等值线结果相吻合,证明了该方法的监测精度与可靠性,在实际应用中取得良好监测效果。 (3)根据时间序列累计沉降量监测结果,结合北京市多年平均降水量、平原区活动断裂分布、第四纪可压缩层厚度分布、地下水含水层组水头等值线等相关信息,对研究区地面沉降时空分布特征以及影响因素作初步的分析。并对地面沉降可能带来的潜在危害做了简单介绍。 最后对全文工作进行总结,并提出了今后研究工作中有待解决的几点问题。


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