遙感形變監(jiān)測(cè)

1、一、 遙感技術(shù)在形變監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用InSAR（干涉合成孔徑雷達(dá)）技術(shù)目前被廣泛得應(yīng)用于自然和人工地物的形變監(jiān)測(cè)，它可以利用傳感器的系統(tǒng)參數(shù)和成像幾何關(guān)系等精確測(cè)量地表某一點(diǎn)的形變信息。雷達(dá)干涉技術(shù)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)形變監(jiān)測(cè)手段（如精密水準(zhǔn)測(cè)量、光纖傳感器、近景攝影測(cè)量、全球定位系統(tǒng)GPS等）監(jiān)測(cè)范圍小、測(cè)量難度大、成本高等不足。InSAR技術(shù)后期進(jìn)一步拓展到了D-InSAR(差分InSAR)，已經(jīng)可以探測(cè)到地表毫米級(jí)的形變，后來(lái)為了解決D-InSAR技術(shù)中遙感影像對(duì)時(shí)間和空間的相關(guān)性差和大氣延遲等問(wèn)題，人們提出了PS-InSAR（永久散射體-InSAR）、QPS、SBAS和StaMPS等方法。隨著雷達(dá)干

2、涉測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和雷達(dá)衛(wèi)星軌道精度與數(shù)據(jù)分辨率的不斷提高，形變監(jiān)測(cè)將在長(zhǎng)時(shí)間序列、空間精度、三維形變精度等多個(gè)方面得到很大的提升。 InSAR（干涉合成孔徑雷達(dá)）形變監(jiān)測(cè)技術(shù)在交通領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1. 高寒凍土地區(qū)邊坡、路面的形變監(jiān)測(cè)青藏高原廣泛覆蓋著永久性凍土和季節(jié)性凍土，由季節(jié)性的凍脹和融沉導(dǎo)致的地表形變是在凍土區(qū)域進(jìn)行道路施工的最主要危害，也對(duì)青藏鐵路和公路的穩(wěn)定性及日常運(yùn)營(yíng)維護(hù)產(chǎn)生了較大的影響。在前期的研究中，使用空間分辨率較低的ASAR和ALOS數(shù)據(jù)等，對(duì)青藏鐵路和公路沿線部分路段進(jìn)行了形變監(jiān)測(cè)，得到了道路毫米級(jí)的累積形變量和形變速率信息，并發(fā)現(xiàn)道路形變與凍土季節(jié)性

3、凍融循環(huán)的時(shí)間規(guī)律相吻合。在后期的工作中，還需要使用TerraSAR高分辨率數(shù)據(jù)通過(guò)QPS-InSAR和SBAS等方法對(duì)青藏高原路域，尤其是目前研究偏少的公路沿線的邊坡和路面，進(jìn)行大覆蓋面精細(xì)的形變監(jiān)測(cè)，為青藏高原高寒凍土區(qū)域的道路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)提供信息技術(shù)支持。2. 西部地區(qū)滑坡體及長(zhǎng)大橋隧形變監(jiān)測(cè)川藏鐵路從成都到拉薩，全長(zhǎng)1629千米 ，沿線地質(zhì)條件復(fù)雜，多年凍土、崩塌、滑坡、巖爆等地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重，而且沿途跨越多個(gè)斷裂帶，整條線路70%以上需要建橋梁、挖隧道。在鐵路規(guī)劃、修建和養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，利用雷達(dá)干涉技術(shù)進(jìn)行凍土、滑坡以及橋梁隧道的形變監(jiān)測(cè)，對(duì)于鐵路選線、災(zāi)害預(yù)警及設(shè)施維護(hù)具有非常重要的意義。使

4、用高分辨率的TerraSAR數(shù)據(jù)，利用時(shí)序差分干涉測(cè)量技術(shù)，可以較好的確定滑坡發(fā)生的位置、時(shí)間和形變大小，目前對(duì)于交通路域滑坡形變的監(jiān)測(cè)應(yīng)用較少，而且對(duì)于川藏鐵路路域植被覆蓋量大的情況，如何提取足夠的PS點(diǎn)，也是有待研究的問(wèn)題。橋梁和隧道屬于大型人工地物，易于PS點(diǎn)的選取，其密度可以達(dá)到3000PS/km2。通過(guò)時(shí)序差分干涉測(cè)量技術(shù)方法可以提取一定時(shí)間內(nèi)橋隧PS點(diǎn)的累積形變量、形變速率及進(jìn)行變化趨勢(shì)的預(yù)測(cè)。目前該技術(shù)已被應(yīng)用于北京市橋梁和香港的隧道施工形變監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)到部分橋梁18個(gè)月的累積形變達(dá)到30mm。橋隧的形變監(jiān)測(cè)需要獲取局部的精細(xì)形變信息，隨著雷達(dá)衛(wèi)星干涉能力的提高和影像模式的改進(jìn)，雷

5、達(dá)干涉技術(shù)將在橋隧監(jiān)測(cè)中得到更為廣泛的應(yīng)用。3. 地鐵沿線地表沉降監(jiān)測(cè)隨著我國(guó)地鐵建設(shè)的迅速發(fā)展，對(duì)地下空間的開(kāi)挖深度不斷加深，由此引起的地面沉降對(duì)工程線路上方及周邊的建筑物等帶來(lái)了一定的影響。利用時(shí)序差分雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)對(duì)地鐵沿線的地表沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)，精度高、覆蓋范圍廣、獲取周期短，可以對(duì)城市所有地鐵線路進(jìn)行全覆蓋高時(shí)效的毫米級(jí)高精度監(jiān)測(cè)，獲取重點(diǎn)沉降區(qū)域的沉降量和沉降速度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排查隱患點(diǎn)，保證地鐵運(yùn)行的安全和降低沉降所帶來(lái)的危害。使用TerraSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行上海地鐵沉降監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)的沉降嚴(yán)重區(qū)域與已發(fā)生事故的地點(diǎn)相吻合，也驗(yàn)證了該方法的有效性。4. 高鐵沿線形變監(jiān)測(cè)“十二五”期間，我國(guó)高

6、速鐵路運(yùn)營(yíng)里程達(dá)到1.9萬(wàn)公里，占全世界60%以上，居世界第1位。高速鐵路對(duì)軌道的平順性及線下構(gòu)筑物的穩(wěn)定性有嚴(yán)格的要求，利用時(shí)序差分雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)可以得到在較長(zhǎng)時(shí)間范圍內(nèi)的高鐵縱斷面方向沉降速率及沿線沉降速率，總結(jié)形變規(guī)律及形變點(diǎn)的空間分布特征，對(duì)高鐵線路進(jìn)行安全等級(jí)評(píng)估等，通過(guò)監(jiān)測(cè)結(jié)果可以給出安全預(yù)警及鎖定人工重點(diǎn)排查區(qū)域，為高鐵安全運(yùn)營(yíng)提供保障。5. 機(jī)場(chǎng)形變監(jiān)測(cè)隨著我國(guó)航空交通的發(fā)展，國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)的數(shù)量和規(guī)模都在不斷增加，機(jī)場(chǎng)作為大型的人工地物，其建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中對(duì)地下的開(kāi)采和利用，必然會(huì)帶來(lái)地面的沉降，同時(shí)機(jī)場(chǎng)航站樓建筑經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)營(yíng)，也會(huì)產(chǎn)生形變，帶來(lái)一定的安全隱患。利用時(shí)序差分雷達(dá)干

7、涉測(cè)量技術(shù)對(duì)首都機(jī)場(chǎng)T1、T2和T3航站樓的地面沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)從2003年到2009年T1和T2航站樓有下降趨勢(shì)，T3航站樓有上升趨勢(shì)。另外，利用該技術(shù)通過(guò)航站樓大量PS點(diǎn)的選取，也可以監(jiān)測(cè)建筑物的形變信息。這些研究都印證了雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)是機(jī)場(chǎng)沉降和形變監(jiān)測(cè)的有效手段。6. 港口形變監(jiān)測(cè)因?yàn)榈刭|(zhì)條件、圍海造田、油氣開(kāi)采等原因，港口地面及設(shè)施都存在一定的沉降現(xiàn)象。港口地面及設(shè)施的沉降觀測(cè)，對(duì)港口工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)和施工運(yùn)營(yíng)具有重要意義。以往對(duì)港口的沉降多采用人工水準(zhǔn)測(cè)量的方法，耗費(fèi)大量的人力物力。利用雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)，可以長(zhǎng)期有效的對(duì)港口沉降進(jìn)行及時(shí)的觀測(cè)，分析各形變點(diǎn)的累積形變量、形變速率，找到港口的重點(diǎn)形變區(qū)域，排查隱患。通過(guò)其他環(huán)境參數(shù)與形變的相關(guān)性分析，尋找形變的原因，及時(shí)做好防護(hù)和改善措施，為港口的安全穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)提供信息支持。7. 內(nèi)河航道堤壩形變監(jiān)測(cè)庫(kù)容水重力、滲透作用和堤壩的自身重力都會(huì)造成堤壩的微小形變，當(dāng)形變累積量變大時(shí)，就會(huì)對(duì)堤壩的穩(wěn)定性造成破壞，因此，堤壩變形監(jiān)測(cè)是保障航道和水庫(kù)安全的重要工作內(nèi)容。傳統(tǒng)的觀